Studi Simulasi Penibebanan Impak Pada Helmet Sepeda Dari Baiian Pol}.Uieric Foam Yang Diperkuat Serbuk Tkks Dengan Menggunakan Sottware Ansys 14.5

Tegangan {Mpa}

Waktu (sl 0,00 0,0000 2,23 0,0016 0,98 0,0031 0,L6 a,oa47

Tegangan (Mpa)

Waktu (s) 0,00 0,0000 2,27 0,00i.6 1.48 0,003L 0,15 0,0047

\L/=

[,00 iir0,r]il tnm)

I---1

5B I]Ii

1.2. Hasil simulasi helmet

model2

r#

Tr?rt Edir*irn..tEn ldilis; -X&rit:

Unit.MPi.,:.'. :. : .:.:. .Iim*

t59i't03:

ilrnt/i0tt E:43

ffiffi-I

t

\fl

t,rrl lIil,r)0 ('nml

-_-*---*-:

2.

Data hasil simulasi sisi samping

2.1

Hasil simulasi Helmet model

I

2.2

Data simulasi helmet

model2

Tegangan {Moa}

Waktu (s) 0,00 0,0000 8,26 0.0016 7,41. 0,0031 5,69 o,oo47

,a'iirl:, _{-l:,:ll.i''.il}

'l*i*{

tii

I,Ir3I,i. )t;,.'ii:,,

ffi:i

I

l*'

I

---*=*-**'l

Tegangan {Mpa}

3.

Data hasil simulasi sisi belakang

3.1

Datasimulasi

helmet model

I

0,06 100,{0 (mm)

r-*.-_"-.1

:s,08

3.2

Data Simulasi helmet

model2

0.08 100,00 (mm)

-:--:--:--:r

5(,BB

Tegangan (Mna)

Waktu (s) 0,00 0,0000 2,OA 0,00L6 0,62 0,0031 0,38 0.0047

Tegangan (Mpa)

DAFTAR PUSTAKA

tl]

Yani,

M.

Desain dan pembuatan helmet sepeda berbahan komposit

p o I yme r i c _{fo am} y ang diperkuat serat Tandan Kosong KelapaSawit.

t2l

Wikipedia, Helm, (online),

http :,'',/id.w ikipedia. orgtwiki/Helm. diakses tanggal akses 25 Januari 2A15, puku123:05

WIB.

t3l

Sigit, Simulasi pembebanan impak pada helmet sepeda material komposit

busa polimer diperkuat serat tandan kosong kelapa sawit.

t4l

Isroi, Pengolahan

TKKS

(Tandan Kelapa Sawit), (Online)

http://isroi.wordpress.cam/, diakses tanggal 5 Februari 2015, pukul

20:32

WIB.

15]

Suwandy, Analisa repon mekanik genteng komposit concrete foam

deperkuat serat tandan kosong kelapa sawit

(TKKS)

akibat beban impak jatuh bebas.

16l

thinkbike, (online),

http : l/thin gsbike. com/ensiklopedia/sej

arah-desain-helm-sepeda.html, diakses tanggal 25

februari2Al5, pukul20:15 WIB.

171

google, (online)

http://google. com/picture, diakses tanggal 2 5 februari 20 I 5, pukul

21 .00

wrB.

t8]

Sivertsen,

K.,

Polymeric Foam., (online),

http : /iocw. m i t. e du/cour s e s imat er i al s - s c ienc e

-and-engine er ing/ 3 0 6 3 -p olymer - phy s i cs

spr i ng0 A7 r' as s i gnment s/pa lymer ;foams.

pdf.,

diakses tanggal 29

februari 2A15,

pukul20:20 WIB.

t9l

Wikipedia, Material

komposit,

(online),

http://id. wikipedia. org/wikiAvlaterial_Komposit, diakses tanggal

[10]

Hashim, J., Pemrosesan Bahan, Edisi pertama, Johor Bahru: Cetak Ratu

Sdn.

Bhd.,2003.

t11]

Nuryanto, E. Pemanfaatan Tandan Kosong Kelapa Sawit Sebagai Sumber Bahan

Kimia.

Warta PPKS

:

137'144. 2444.

[12]

Isroi, Pengolahan

TKKS

(Tandan Kosong Kelapa Sawit), (online),

ht tp : rlwww. isr o iw ordpr es s. c o m, diakses tanggal 1 4

April

20 I 5,

pukul

2l:30

WIB.

[13]

Halliday

and Resnick. (1991). Fi.sika

Jilid I.

Jakarta:Erlangga.

U4l

jusnita, Ketangguhan Retak

Dinamik

Bahan Komposit GFRP Untuk

Helmet Industri Disebabkan Beban Impak Menggunakan

MSC/hIASTRAN

For Windows

BAB

3

METODE

PENELITIAN

Metode yang

dilakukan dalam

penilitian

ini

adalah

metode penelitian

simulasi, data diperoleh dengan menggunakan software ansys 11.5.

3.1.

Tempat

dan

Waktu

3.1.1.

Tempat

Tempat

penelitian

dilakukan

di

laboratorimun

pusat riset impak

dan

keretakan departemen teknik mesin universitas sumatera utara, pelaksaan kegiatan

ini

dapat

dilix

terperinci pada tabel 3.1 berikut.

Tabel 3.1 Kegiatan penelitian

No

Kegiatan

Lokasi

Penelitian

Keterangan

1

Pembuatan gambar

3D

Lab. IFRC

Unit

I

Pembuatan

model

model helmet sepeda.

dengan

menggunakan

software

solid

work

2012.

2

simulasi helmer

sepeda

Lab. IFRC

unit

I

simulasi

menggunakan sofnttare AnsYs 14.5.

3.1.2.

Waktu

Waktu

pelaksanaan

penelitian

ini

direncanakan selama

6

bulan dimulai

penelitian dari bulan november.

3.2.

Peralatan

dan Bahan

Peralatan dan bahan yang digunakan untuk melakukan penelitian

ini

dapat

Tabel 3.2.Peralatan dan bahan

No

Nama

alat dan

bahan

Keterargan

I

Komputer

S oftw ar e s o I idw o r las 2A 12 Software Ansys 14.5

3.3.

Desain

Helmet

Sepeda

Penelitian

ini

dilakukan dengan membuat dua permodelan helmet sepeda

dengan menggunakan

software solidworks 2012. Desain hemet

_{sepeda dibuat}

sederhana, struktur &e lmet sepedayang dijadikan objek penelitian

memiliki

dimensi

panjang 265mm, lebar 210mm, dan

tinggi

145mm dengan ketebalan 20mm dan

lingkaran kepala 540mm.

3.3.1.

Model

lzelmet Sepeda Dengan Tulang Lurus Kedepan

Desain helmet

sepeda dengan

tulang lurus

kedepan dapat

dilihat

pada

;s

i:

.m :tt'

q

-j I

i ,J

i:;:

r$

# E

F1

r

Gambar 3.1. Pandangan Desain sederhana helmet sepeda dengan tulang lunrs kedepan (lanjutan)

3.3.2.

Model Helmet Sepeda Dengan Tulang Lurus Kesamping

Desain helmet sepeda dengan tulang lurus kesamping dapat

dilihat

pada gambar 3.2 berikut.

Gambar 3.2.Pandangan desain sederhana helmet sepeda dengan tulang lurus kesamping (lanjutan)

3.4.

Metode

Penelitian

3.4.1.

Simulasi Impak Jatuh Bebas MenggunakanAnsys 14.5

Simulasi impak

jatuh

bebas

pada

metode

penelitian

ini

menggunakan

software Ansys 14.5. Ansys workbench adalah salah satu perangkat lunak berbasis metode elemen hingga yang dipakai untuk menganalisa masalah-masalah rekayasa {engineering).

Langkah simulasi

aflsys workbench

dilakukan dalam

3

golongan

proses

pengerjaan

yaitu

Preprocessing,

Solution,

Post

Processing.

Untuk

penjelasan

langkah langkah untuk simulasi ansys akan di terangkan sebagai berikut.

1.

2.

Anqts workbench 14.5

Untuk

memulai ansys bisa melalui dua langkah

yaitu

dari

ikon shortcut dt

desktop atau melalui

Start

--*

all

Progranw

--+ Ansys

14.5

--+ _workbench

11.5_

Setelah workbench 11.5 tertampil pada samping

kiri

muncul toolbox

lalu

pilih

explicit

dynamic pada analysis system dapat

dilihat

pada gambar 3.3

berikut

file

Vierq

TeElr

Lhits

Extenso$f,

Jttev*

Jap*n..,

#savr

Ssaveas,.,

v$x

, EI Analysis Systrru

ffi

rtuid Fin,i,r'fxtr*sicn

(pulyflc*;i

i

[image:10.612.231.418.247.413.2]

l

Gambar 3.3.

Explicit

_$tnamics [image:10.612.234.408.453.651.2]

Lalu

pada pr oj e c t s c h emat i c akan munc ul pr aj e c t exp I i c i t dynam i c s, seperti

gambar 3.4 berikut.

J-? ,

e

3

.t

5

E

7

$

gnqirceringsata

,.i'

_/t

Uf

Geomer'y i

,

$ ruoax

-*

.

fifl

setuo

Z'

.

..,.:

ffi Salutian ?

,

Bxplicii Dynanrits

Gambar 3.4. Project schematic

4.

Pada

project explicit

dynamics terdapat step-step proses

yang

harus

di

selesaikan secara pertahap

dan

berurut, tahap

pertama

yang

harus

diselesaikan pada engine er

ing

data.

3.4.2.

Engineering Data

Pada penelitian

ini

_{digunakan material baru}

yaitupolymeric

"foam dengan serbuk

TKKS

yang belum terdaftar pada ansys warkbench sehingga kita perlu memasukan data materialnya ke engineering data.

Double

klik

pada _{enggineering data, kemudian menu engineering}

data akan

tertampil, pada"autline

af schematicBZ _{; engineering data,,}

terdapat kotak bertuliskan "'click here to add a new

ntateriat',klik

pada

kotak

lalu

masukkan

nama

data

material

baru

yang

ingin

kita

sinrulasikan,

disini

penulis memasukan nama material baru " polymer ic

rtto*

dengan serbuk

TKKS"

dapat

dilihat

pada gambar 3.5 berikut.

. ".; * ,l ril

:ii .11

:il Gambar 3.5. Data material baru

Lalu pada

toolboxklikphysical Properties

---+ _{Density lalu masukan}

nilai

density pada"tabel

ofproperties

ro** 2:

Density"

yangmuncul

di

sebelah kanan tentukan satuanya dibawah

kolom

B

dapat

dilihat

pada gambar 3.6 berikut.

Gambar 3.6. Data density

Kem udian pada t o o l b ox khk l i ne ar e l as t i c -+ i s ot r op i c e l a s t i c i ry

lalu

masukan

nilai 'lnodulus young

dan

poisson's

ratio"

pada

"tabel

of"

fu

Sbuctrral Steel

properties

row

3: Isotropic elasticity"

untuk modulus young tentukan satuanya dibawah kolom

B

seperti pada gambar 3.7 berikut.

Gambar 3.7 . Data isotropic elasticigt

Setelah semua

step

dilakukan maka step pada enp;ineering

data selesai Kemudian

kllkreturn

to

project

maka akan kembali ke

menu

project

schematic

dan akan muncul tanda checklist

pada

engineering dara.

3.4.3.

Geametry

Pada menu geometri berfungsi sebagai tempat pembuataan

model yang

akan

disimulasikan

pada ansys

bisa

langsung membuat

model yang akan disimulasikan langsung pada .software ansys dan bisa

juga

mengimport

model 3D

yang akan

disimulasikan

langsung yang

telah di buat dengan software Iain seperti autocad, solidworks,

catia dll.

Disini

model

3D

helmet

dan

anvile telah dibuat

menggunakan saftware

solidworksjadi

model di import langsung ke ansys dengan cara

klik

kanan pada

geometry

---+ _{irnport geometry}

--,

_{brows, maka akan}

tampil

menu

pencaianfi/e

model helmet yang akan

di

import,pilihfile

---+ _{open seperti pada gambar 3.8 berikut}

'f,ffi

; # En-onesng Saia . ,

,lG^*lf

.

-:-E lk6ffitry* r yMffi.

: lryl(Mny _{r i]}

5 qkEo

9 iLj roLDc. 'l fu0i!38

: '$ n*;e T'drsfe DabFrmfEi' l krt,rrti TramfsktaTtB*; t

' updite

Reset

S Lmoe

QJq* Heb A.id l!0te

i

Kemudian douhle

klik

pada geometry, pada menu

geometry

krlk

generate

-

close.

Setelah semua

srep dilakukan maka

step

pada

geometri selesai dan akan muncul tanda checklist pada geometri.

3.4.4.

Model I Ansys Mechanical

Pada

rnenu

model

dilakukan simulasi helmet yang

akan

diteliti

dengan cara

double

klik

pada

model maka menu explicil

d!,namics akan tampil, pada outline

di

samping terdapat keterangan srep yang harus

di

selesaikan secara berurutan.

Pertama pada

outline pilih project

---

model

(A4)

*,

_geometyy

terdapat dua body yaitu

solid

1 dan

salid

z,

klik

kanan pada sotid

yg

menunjukan

anvile

di

keterangan

gambar

--+

renntne,

ganti

nama

meniadi

anvile

pada menu

"details oJ'anvile"

di kiri

bawah

pilih

definition

--+ sti.ffness

hehavior,

untuk

material

-+

assignment

plllh

structttral steel

se

rti pada gambar 3.9 berikut.

}elaihcf'Amilr

iilter llami

'

91nort

n

d HutdtA4)

;

*,$murntr

:

iu$ffi

a&met

Suppeued llo

,.\

,.

-!l ": t

stifinsrsdrador

@l

Rt{tnnrt ft mptmture g tnlironrlmt

RtlrreNllraru laltinlian

i

i- ltatsiil

i,

_Aiqnmut

I f)n$ur(ilt

:

1+ Sounding8or I

i'n**

L (l:lidift

ii Shti$..i !

Gambar 3.9. Details of anvile

kedua pada

solidyang

menujukkan keterangan helmet pada gambar --+ _{rena?ne, garfii nama menjadi Helmet pada menu "detuils of Helmet"}

di

kiri

bawah

pillh

definitiott

-i

stffiess

behavior

tetap.flexible, pada

material -'+ tts s i gnment

kllk

kanan

plllh

po ly*ter i c _fo arn dengan _serbuk

tkks

yang

dimasukkan

ke

engineering

data sebelumnya seperti pada

gambar 3.10 berikut.

I Cehd: d Helmel

r filter tlant t

I Si r"r.a

, :,- S &oaaGc)

r r ,$Geomert

I ii rS L.*

I ' q$ rlehtt

3:rl i.i cn$li$ Prop(li€g i- oEtnxrn

, Suppre,riri N0

.

jrrhrilBrhfuro,

ffif]

j (rir$nat! _}',km llfailtt (oordhat{ _5yrt6m

: FCil$Glamparrtu,c 3Ifmronor0t

Je#lrrcrrame ligmtgiar

i - Irliteri$

;

l55r!nn.nt

F-.t"--rffirl@l

'

[image:14.612.177.488.448.727.2]

-l+ 8{urdi!q hr

Gambar 3.10.

Detail

of helmet

Setelah step diatas dilakukan maka pada step pada geometri selesai dan akan muncul tanda cheeklist pada samping geometri.

Ketiga

pada connections ---+ contacts _{--+ contact region, pada menu}

"details"

di kiri

bawah

pada

scope

---+

contac(

klik

pada

_gambar

keterangan

di

sebelah kanan bagian helmet yang terkena anvile ---+

ktik

apply, pada target,

klik

pada gambar keterangan di sebelah kanan bagian

anvile yang terkena helmet

--

apply, kemudian pada

Definition

--+ _type

pilih

no sep{trcttion seperti pada gambar 3.11 berikut.

+.dir* +

litrt,flffie, _DIrl 'Chtd

i:.{thodd(s) 1,,6M,

E i$ftrk

rd f&l

I * .;, kd6t5,ie

i ]"&hdk

h:L cf 'lh :€cn, 6q . #M i ilr e nry

ldpinq Xdhod

Iilcdlsi! ffin

toe uua.

|ilffi,-1

F@iffioPd

flo

setelah semua step diatas dilakukan step pada connections selesai dan akan muncul tanda checklist pada connetion,s.

Keempat padamesh

klik

kanan --+ Generate mesh,pada meshtidak

ada pengaturan

details

di

defoult

sesuai standar ansys, setelah semua

step diatas selesai maka seluruh pengaturan

di Model

(a4) seperti pada gambar

3.l2

berikut.

:l:: a::

:1

x .;-:ro jrdn,>s

"&rs { /ri r#ryffirr1}

_n'li( !a:rr ;,r{ ireh i.totn

fr { t{ tt.rr

---:::::l

i0 ia

Garnbar 3.12. Meslz

Kelirna menentukanvelacity helmet yang akan disimulasikan impak

jatuh

bebas dengan cara pada

praject

-*

explicit dyn*mics

(A5)

--+ p1iL

kanan

initial

conditions --+ insert

-+

velocity, maka akan muncul menu

"detuils

o-f

velocily,

pada scape

-+

Ge"ometry

pilih

seluruh body helmet

kemudian

definitian

*

dertne

hy pilih

companents maka akan mrurcul

di

kolom

bawah coordinate system masukan

nilu

veloclfi

sesuai arah

sumbu jatuhnya helmet seperti pada gambar 3.13 berikut.

llrtail! * '!'ri.ilt

I Fiiter ft{r ' r _dl pmiect

ii.: Sru*t{ll} | .rr _,$ eeoretr

-l r^(ffidrultSttlanr!

i rl ,$ cermr*

j

_,ftr'r*l

i E ,Eg [ry*ctDYlancs(A5)

i l:r _{{EillitilasClnr}

,-l.5*slonrl .. ,'JleJJ

+.

-:i .-j 't l- kd.P'

!irprfiq tleiho{ 6*cmetry Sf{rdion

:

i*r*rv

Ii$S' Tf

l- oettnition

lntlt lype Val3{it!

i )iionpnnfll

i t lqmponill / irnrplnril

[image:15.612.187.479.225.453.2]

r lupprrt!{,

Gambar 3.13.

Details ofvelocity

Keenam menetukan analysis settings, pada menu analysis settings

masukan data end t.ime yang didapat

dari

hasil

eksperimental impak

jatuh

bebas,

klik

pada analysis settings

maka

akan

muncul

menu

"details of analysis settings" padastep control,c --> end time seperti pada

gambar 3.14

0erih ri irutsn !dtrng:'

lilter ltane r

d pri.*

;:

1fr n**1m1

:

r& eesnetl

iir _{;. Coordnate S,a$lerls

i{ *ft conectitrx

,

,&M

E {MIxpfotrynimics(45}

I

,11 i,ritial conditoos

I'6ry89

r _i.-. xh*a&*a&4i4dk+d

l- Ensnil*ttirurpr*enrue

- ---"--;

. iro,

ftogrrrr iontrolled

i-

ttrpContsk

:

il i+

i

Rrtumr F(om Cr,;{}i

i

l,,laximum llumber ol (yclts

i

tno nme {

1

fxtalk d"ii:*C 5urpcrt'

0

!r.0?

Gambar 3.14. Analysis setlings

Ketujuh menetukan

fixed

supporr, kegunaan

fixed

supportbertuiuaa

untuk

mengunci bagian

body

sehingga

menjadi

tidak

bergerak pada

simulasi

anvile

dikondisikan

pada keadaan

diam

dengan

klik

kanan

explicit

dynamics --+

insert

---

fixed

support maka akan muncul menu

details

of

ftxed

support pada scope ---+ geometry

pilih

_semua

bo$;

_dari

anvile seperti pada gambar

3.l5

berikut.

0ilti:nc

:r

d no*ttl+)

iI r& &omrur

E _,A Cmrdinate$ysteair

E _;fr fonnecuons

r& !k$\

,i {0S txdidt 0flrmics (As}

i! n.,*$ iruidtortdtiom

i

/.j:1 _S-ArirfrE SelElS

,prl!-ixeo Swport I

Gambar 3.15. Fixed support

Setelah

semua

step

diatas

dilakukan maka

step

pada explicit

dynamics

(A5)

telah

di

selesaikan

selanjutnp

Solution

(A6)

pada step

ini

untuk

memilih hasil

apa saja yang akan

dicari

pada simulasi yang

untuk mencari tegangan pada helmef sepeda seperti pada gambar 3.16

berikut.

[image:17.612.218.455.123.333.2]

jrm*

_lu-,ri"

Jl

Gambar 3.16. Solution

Kedelapan

mengklik

lkon

solver

pada

toolbar

dan proses simulasi

mulai

dijalankan aleh ansys, proses simulasi

ini

berjalan sekitar 6

jam

hingga selesai. Setelah simulasi selesai maka

hasil dari

sirnulasi bisa

dilihat

pada equivalent stress dan bisa

dilihat

tegangan maksimal yang

terjadi

akibat impak

jatuh

bebas pada

hasil

simulasi. Pada penelitian

terdapat variable-variable penting yang

meliputi

sebagai berikut :

1.

Variable terikat

Variable terikat adalah variable tetap dan akan berubah bila variable

bebas berubah, antara

lain

:

a.

Tegangan(o)

2.

Variable Bebas

Variable

bebas adalah

variabel

yang

jika

berubah

maka

akan

mempengaruhi variable

terikat,

antara

lain

:

a.

Kecepatan

(v)

b.

Massajenis (p)

c.

Modulus elastisilas

(E)

d.

Poisson

ratio

{u)

3,5.

Iliagram

Alir

Penelitian

Diagram

alir

proses

pada penelitian simulasi helmer

_{sepeda dengan}

menggunakan

software

atu\ys

14.5

dapatdilihat pada gambar 3.17 berikut.

M**rxtr;Mme*ffid

n*fu$danAr#ffi

_*

Ffu

ms#

gdtr

,}S &6facef

s@

{eqrr

mqtmafar

sc$mm

Saltdworfu 2Ot3

Stuhsi@uel

wxm*lfficmryrsJ{.$

H&**Eodd

t

I

lneUu

*tr#M

3

fdmilf;qgeM6t

ffid#

I

defi

rdmd*ry

tuffi&

u*

Minel

*ixoil&ri

8n**d

S:t**@

ffikft

BAB

4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1,

Pendahuluan

Pengujian simulasi impak jatuh bebas helmet sepeda babanpolymericfoam

diperkuat serbuk TKKS dengan menggunakan saftutare Ansys t 4.5 dllaporkan pada bab

ini

hasil dari perbandingan dua model helmet sepeda.

4.2.

Hasil

Pembuatan

Helmet

Sepeda

Dimulai

dengan pembuatan model Helmet sepeda dengan menggunakan

sofnuare Solidworks

2012

yang

dijadikan objek

penelitian mempunyai dimensi

panjang

265 mm,lebar

210mm, dan

tinggi

145

mm

sedangkan massa helmet

berkisar diattara 300 s.d 400 gr pada gambar

4.l

berikut.

i+fiiriiffi

ffi

1....i: .i ::. :l a

ffiffi

tjrrtrcii

4iri,r.r.,n:l

[image:19.612.179.426.361.734.2]

(b)

Gambar 4.1.

Model

helmet sepeda (a) model 1, (b) model2

4.3.

Metode

Pengujian Penelitian

Metode Sirnulasi yang akan dilakukan pada penelitian

ini

ialah pembebanan pada pengujian impak jatuh bebas yang diberikan pada tiga

titik

yaitu atas, samping

dan

belakang

dari

struklur helmet

sepeda

ini

dikarenakan

bagian

tersebut

merupakan bagian

yang

memiliki

kemugkinan besar mengalami benturan saat

terj adinya kecelakaan.

Data hasil simulasi akan dibandingkan dengan hasil pengujian

impakjatuh

bebas,

pengujian

impak

jatuh

bebas

ini

digolongkan pada pengujian

impak

kecepatan rendah, alat

uji

impak

jatuh

bebas menggunakan sensor cahaya yang diletakaan pada ketinggian 1,5 m. Ketinggian helmet sepeda yang

diuji

impak

jatuh

bebas dihitung dengan menggunakan rumus pada persamaan{2.4).

Dengan asumsi bahwa

kecepatan

maksimum

bersepeda

15 km/h

dan

ketinggian rata-rata orang indonesia 1,6 m maka

tinggi

maksimum

uji

impak

jatuh

bebas ialah 1.5 m.

Alat

yang

digunakan

unfuk

mengukur beban

impak

jatuh

bebas menggunakan laad celL Data yang diperoleh

load

cellberupa data analog kemudian diubah oleh

DAQ

menjadi data digital.

4,4.

Simulasi

Impak

Menggunakan,4N^$f,S 74.5 Workbenclt

Pada penelitian

ini

menggunakan software ansys 11.-i untuk menganalisa struktur helmet sepeda bahanpolymeric/bam diperkuat serbuk

TKKS

akibat beban

impak

jatuh

bebas. Simulasi

ini

bertujuan

untuk

mengetahui besamya tegangan

yang diterima oleh helmet

sepda.

Selanjutnya hasil pengujian dibandingkan hasil

simulasi mana

lebih baik

diantara

dua model helmet

sepeda.

Simulasi ini

memerlukan data-

datayang telah diambil dari

pengujian eksperimental adapun

datanya yang dibutuhkan

meliputi

:

1.

Massajenis

:

192,56

kdm'

2.

Modulus

Young

: 37,98 MPa

3.

Poissonratio

:0,403

4.

Kecepatan

awal

.

5425 mm/s

5.

Anvil

Material

: Structural steel

6.

Kekakuan material

heknet

:/lexible

4.5.

Simulasi Pembebanan Pada Sisi Atas

llelmet

Sepeda

Penelitian yang dilakukan pada Simulasi pada

sisi

atas

dengan

ketinggian

1.5

meter dilakukan

pada dua

model

helntet posisi

jatuh

helrret dapat

dilihat

pada gambar 4.2 berikut.

helnzet sepeda sepeda dengan

'i#-""''

Gambar 4.2. Posisi jatuh helmet

4.5.1

Hasil

Simulasi

HelmerModel

1

Pada simulasi helmet

modei

1 dengan tulang lurus kedepan dengan [image:21.612.230.393.163.312.2]

data-data yang

diperoleh

dari

eksperimental

maka diperoleh

tegangan seperti pada

gambar 4.3 berikut.

n

i{i:*

11 L_tt.L

H r.1811

h"l l,BI2

&ll n oaoq

H

i:i*'

5

ffir'

o''o

il;n

4'o'"'

Gambar 4.3. Hasil distribusi tegangan maksimum sisi atas helmet

Pada gambar 4.3 hasil simulasi irnpakjatuh bebas pada sisi atas dapat

dilihat

distribusi tegangan dari simulasi didapat bahwa tegangan maksimum sebesar 2,227

MPa.

.l_t

sepeda bagian atas

[image:21.612.147.434.442.657.2]

Distribusi

tegangan pada sisi atas yang mengalami impak

jatuh

bebas

juga

dapat

diamati

distribusi

tegangan

yang terjadi

pada

sisi

depan, samping dan

belakang helmet secara berturut-turut pada gambar

4.4,4.5,

dan 4.6 berikut.

Gambar 4.4. Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi impak sisi atas

Gambar 4.5. Distribusi tegangan pada sisi samping hasil simulasi impak sisi atas

Gambar 4.6. Distribusi tegangan pada sisi belakang hasil simulasi impak sisi atas

Pada gambar

4.4,4.5,

dan

4.6

dapat

diliat

distribusi tegangan pada seluruh helmet

untuk sisi samping berkisar 0

-

A,7 MPa dan sisi depan berkisar 0

-

0,2 MPa.

4.5.2

Hasil

Simulasi Helmer

Model

2

Pada simulasi helmet

model2

dengan tulang lurus kesamping dengan

data-data yang diperoleh

dari

eksperimental

maka diperoleh

tegangan seperti pada [image:22.612.227.405.148.279.2] [image:22.612.224.405.307.416.2] [image:22.612.221.398.452.582.2]

_---Gambar 4.7. Hasil distribusi tegangan maksimum sisi atas helmet

Pada gambar 4.7 hasil simulasi impak jatuh _{bebas pada sisi atas dapat}

dilihat

distribusi tegangan dari simulasi didapat bahwa tegangan maksimum sebesar 2,267

MPa.

Distribusi

tegangan pada sisi atas yang mengalami impak

jatuh

bebas

juga

dapat

diamati

distribusi

tegangan

yang terjadi

pada

sisi

depan, samping dan

belakang helmet secara berturut-turut pada gambar

4.9,4-g,dan

4.10 berikut.

Gambar 4.8. Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi irnpak sisi atas

Gambar 4.9. Distribusi tegangan pada sisi samping hasil simulasi impak sisi atas

Gambar 4.10. Distribusi tegangan pada sisi belakang hasil simulasi impak sisi atas

Pada gambar

4.8,4.9

dan4.10 dapat

diliat

distribusi tegangan pada seluruh helmet untuk sisi samping berkisar a

-

a,7 Mpa dan sisi depan berkisar 0

*

0,2 MPa.

Pada

simulasi

impak

jatuh

bebas pada

sisi

atas helmet sepeda diperoleh

grafik

perbandingan besaran

nilai

tegangan

antara

dua model

helmet

sepeda

diperlihatkan pada gambar 4.11 berikut.

Grafik Waktu

vs Tegangan

,$

:qn . :i:.

7., .:

ii,16

, lil i{

.:.;allr r a;i: a cili * trt! it.r.j:ta t.ii?:

,i$

I I:.: n Fl: i.!of t: a1;! i.3a:t

Gambar 4.11.

Grafik

perbanding tegangan hasil simulasi sisi atas helmet sepeda

Dari

grafik

diperoleh pada

waktu

0,0016 s tegangan yang diperoleh pada

model

1 dan

2

yaitu

2,23

dan

2,27 lvwa

kemudian mengalarni penurunan pada

waktu 0,0031 s pada model

I

dsn 2 yaitu 0,98 dan 1,48

Mpa

kemudian pada waktu

0,0047

pada

model

I

dan

2

yaitu

0,16 dan 0,15

Mpa

sehingga dapat

ditarik

kesimpulan model 2 memperoleh tegangan lebih

tinggi

dibandingkan model 1.

4.6.

Simulasi Pembebanan pada sisi

sampinghelmet

sepeda

Penelitian yang dilakukan Simulasi pada sisi sampin g helmet sepeda dengan

ketinggian 1,5 meter dilakukan pada dua model helmet sepeda dengan posisi

jatuh

helmet dapat

dilihat

pada garnbar 4.12 berikut.

'l----!ii-- '"''' f4

Garnbar 4. 12. posisi

jatuh

helmet sepeda bagian samping

Pada gambar

4.12

dapat

dilihat

posisi

jatuh

helmet sepeda

te{adi

bagian samping mengenai anvile yang beradapadabawah helmet sepeda.

[image:24.612.248.367.566.680.2]

4.6.1.

Hasil

Simulasi Pada simulasi

data yang

diperoleh

gambar 4.13 berikut.

Helmet

Model

I

helmet

model

1 dengan

tulang

lurus

dari

eksperimental

maka

diperoleh

kedepan dengan

data-tegangan seperti pada

Gambar 4.13. Hasil distribusi tegangan maksimum sisi samping helmet

Pada gambar 4.13 hasil simulasi impak jatuh bebas pada sisi samping dapat

dilihat distribusi tegangan dari simulasi didapat bahwategangan maksimum sebesar

8,26 MPa.

Dishibusi

tegangan pada sisi samping yang mengalami impak

jatuh

bebas

juga

dapat diamati

distribusi

tegangan yang

terjadi

pada sisi depan, samping dan [image:25.612.243.374.629.711.2]

belakang helmet secara berturut-turut pada gambar

4.14,4.15,

dan4.16 berikut.

Gambar 4.14. Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi impak sisi samping

Gambar 4.15. Distribusi tegangan pada sisi samping kanan hasil simulasi impak sisi samping

kiri

[image:26.612.249.378.101.202.2]

Gambar 4.16. Distribusi teganganpada sisi belakang hasil simulasi impak sisi samping

Pada gambat

4.14,

4.L5,

dan

4.16

dapat

diliat

distribusi

tegangan pada

seluruh helmet untulc sisi yang tidak terkena impak berwana biru yang tertera pada

kontur bernilai tegangan berkisar 0

-

0,9 Mpa.

4.6.2.

Hasil

Simulasi Helmet

Model

2

Pada simulasi helmet model

2

dengantulang lurus kesamping dengan

data-data yang diperoleh

dari

eksperimental

maka diperoleh

tegangan seperti pada

gambar 4.17

berikut.

Gambar 4.17. Hasil distribusi tegangan maksimum sisi samping helmet

Pada gambar 4.17 hasil simulasi impak jatuh _{bebas pada sisi samping dapat}

dilihat distribusi tegangan dari simulasi drdapat bahwa tegangan maksimum sebesar

2,38 MPa.

Distribusi

tegangan pada sisi samping yang mengalami impak

jatuh

bebas

juga

dapat diamati distribusi tegangan yang

terjadi

pada

sisi

depan, samping dan

belakang helmet secara berturut-turut pada gambar

4.18,4.r9,

dan4.20 berikut.

0[ 100-00 (rhr

[image:27.612.226.396.81.216.2]

--.--Gambar 4.18. Distribusi tegangan pada sisi depan hasil simulasi impak sisi sampmg

[image:27.612.218.397.273.397.2]

Gambar 4.19. Distribusi tegangan pada sisi samping kanan hasil simulasi impak

Gambar 4.20. Distribusi tegangan pada sisi belakang hasil simulasi irnpak sisi samping

Pada gambar 4.18, 4.19, dan4.20 dapat

diliat

distribusi tegangan pada seluruh helmet untuk sisi yang tidak terkena impak berkisar 0

-

0,5 Mpa.

Pada simulasi impak jatuh bebas pada sisi samping helmet sepeda diperoleh

grafik

perbandingan besaran

nilai

tegangan

arrtara

dua model

helmet

sepeda

diperlihatkan pada gambar 4.21 berikut.

sisi samping

kiri

[image:27.612.217.395.432.585.2]

Grafik \ffaktu

vs Tegangan

'::.

i.t: *

I

",

li . rar

'

:.

i],,*a,

. r.r,in i ii!:r!: ,r.:i:.ri :.xr"r. . r::i: :r..:ir: :..:r:):i rr l:ii: .:.rili! r,:r!l .q -,:i, .,", ,i

* -'.",.' ,',. ,., .

Gambar 4.21. Grafrk perbandingan tegangan hasil simulasi sisi samping helmet

Dari

grafik

diperoleh pada rvaktu 0,0016 s tegangan yang diperoleh pada

model

1 dan

2

yaitu 8,26

dan 2,38

MPa

kemudian mengalami penurunan pada

waktu 0,0031 s pada model 1 dsn

2

yaitu7,4l

dan2,36 MPa kernudian pada waktu

0,0047

pada

model 1

dan

2

yartu 5,69

dan

1,66

MPa

sehingga dapat

ditarik

kesimpulan

model

1 memperoleh tegangan lebih

tinggi

dibandingkan model 2. Perbedaan yang

tinggi

disebabkan simulasi area helmer akibat impak

jatuh

bebas

model

1

mengenai

tulang

samping

yang

kecil

luas

permungkaannya

mengakibatkan luas permungkaan

kecil

dan hasil tegangan yang

di

peroleh tunggr

dibandingkan

pada model

2

yang

mengenai

tulang

yang

lebih

luas

permungkaannya.

4.7.

Simulasi Pembebanan Pada Sisi

BelakangHelmet

Sepeda

Penelitian

yang dilakukan

Simulasi pada

sisi

helakang helmet

sepeda

dengan

ketinggian

1,5

meter dilakukan

pada dua

model

helmet sepeda dengan

posisijatuh

helmet dapat

dilihat

pada gambar 4.22 berikut. [image:28.612.234.383.577.728.2]

l+.-lH- _- t{l'"*" /.\ _,

4.7.1.

Hasil

Simulasi Helmer

Model

I

Pada simulasi helmet

model

I

dengan tulang

data yang

diperoleh

eksperimental maka diperoleh

pada gambar 4.23 berikut.

lurus kedepan dengan

data-tegangan maksimum seperti

!'ll-:::-3'm{nm)

Gambar 4.23. Hasil distribusi tegangan sisi belakang helmet

Pada gambar 4.23 hasil simulasi impak jatuh bebas pada sisi belakang dapat

dilihx

distribusi tegangan dari simulasi didapat bahwategangan maksimum sebesar

1,997 MPa.

Distribusi

tegangan pada sisi belakang yang mengalami impak

jatuh

bebas

juga

dapat

diamati distribusi

tegangan

yang

terjadi

pada

sisi

depan dan samping helmet secara berturut-turut pada gambar 4.24, dan 4.25 berikut.

Gambar

4.24.Di$nbusi

tegangan pada sisi depan hasil simulasi impak sisi belakang

Gambar 4.25. Distribusi tegangan pada sisi samping kanan hasil simulasi impak

sisi belakang

Pada gambar 4,24 dan 4.25 dapat

diliat

distribusi tegangatpada seluruh helmet untuk sisi yang tidak terkena impak berkisar 0

-

0,4 MPa

4.7.2.

Hasil

Simulasi Helmer

Model

2

Pada simulasi helmet model

2

dengantulang lurus kesamping dengan

data-data yang diperoleh

dari

eksperimental

maka diperoleh

tegangan seperti pada [image:30.612.177.438.225.446.2]

gambar 4.26 berikut.

Gambar

4.26.Hasil

distribusi tegangan maksimum sisi belakanghelmet

Pada gambar 4.26 hasil simulasi impak jatuh bebas pada sisi belakang dapat

dilihat distribusi tegangan dari sirnulasi didapat bahwategangan maksimum sebesar

1,65 MPa.

Distribusi

tegangan pada sisi belakang yang mengalami impak jatuh bebas

juga

_dapat

diamati

distribusi tegangan yang

tedadi

pada

sisi

depan dan samping [image:30.612.240.381.607.713.2]

helmet secara berturut-turut pada gambar 4.27 dan4.28 berikut.

Gambar

4.27.Distibusi

tegangan pada sisi depan hasil simulasi impak sisi belakang

0,00 !80,00 (mm)

[image:31.612.227.393.82.193.2]

Gambar 4.28. Distribusi tegangan pada sisi samping hasil simulasi impak sisi belakang

Pada gambar

4.27

dan

4.28

dapat

diliat

distribusi

tegangan pada seluruh helmet untuk sisi yang tidak terkena impak berkisar 0

*

0,4

Mpa

Pada simulasi impakjatuh bebas pada sisi belakanghelmet sepeda diperoleh

grafik

perbandingan besaran

nilai

tegangan

antara

dua model

helmet

sepeda

diperlihatkan pada gambar 4.29

berik*.

Grafik

\Maktu

vs Tegangan

i aitii ir.all,r: r.::it1r lir

Gambar 4.29. Graftk perbandingn tegangan hasil simulasi sisi belakang helmet

Dari

grafik

diperoleh pada

waktu

0,0016 s tegangan yang diperoleh pada

model 1 dan2

yaitu

1,99 MPa dan 1,65 MPa kemudian mengalami penurunan pada

waktu 0,0031 s pada

model

1 dsn

2 yaitu0,62

MPa dan 1.21

Mpa

kemudian pada

waktu A,0047 pada

model

1 dan

2

yaitu 0,38 MPa dan 0,68

MPa

sehingga dapat

ditarik

kesimpulan model 1 memperoleh tegangan lebih tinggi dibandingkan model

2.

4,8.

Kumpulan

dan

Perbandingan Data

Hasil

Simulasi

pengujian

Dari

hasil simulasi ansys workbench 14.5

akrbatimpakjatuh

bebas diatas

bisa

dilihat

perbandingan mana yang lebih baik diantara kedua model helmer sepeda dapat dirangkum seperti pada tabel 4.1

berikut

:

Tabel 4.1. Hasil simulasi impak jatuh bebas

Model

1

Model2

Pengujian

Max

(MPa)

Max

(MPa)

Atas

ffi"ffi,,'

sampingffi-"ffi"-Berakangffi'-ffi"'

Dari

tabel

4.1 hasil

pengujian menggunakan simulasi impak

jatuh

bebas

diperoleh kesimpulan bahwa tegangan maksimum pada helmet model 1 lebih

tinggi

dengan

hasil sisi

atas 2,23

MPa,

sisi samping 8,26 MPa, dan sisi belakang 1,991

MPa

sehingga

dipilih

helmet

1.

selanjutrya dilakukan

pengujian eksperimental

Impak jatuh bebas lebih lanjut.

4.9.

Kumpulan Ilata

Hasil Pengujian Jatuh

Bebas Secara

Eksperimental

4.9.1.'Pengujian Pada

Sisi

Atas Helmer Sepeda

Pengujian impak jatuh bebas terhadap sisi atas helmet sepeda ketinggian

[image:32.612.201.418.181.532.2]

a.

Besar

gayarata-rata

:318,13

N

b.

Luas area impak

rutaqata:285,69

mmz

c.

Tegangan

rata-rata

:

1,12 MPa

Tabel4.2.

Hasil pengujian sisi atas helmet sepeda impak jatuh bebas

ketinggian 1,5 m

Area

Luas

area Gaya

Tegangan

Keterangan

Impak impak

Pengujian

o

(Mpa)

A

(mm2)

r

N)

AtasAl ,s,ti,,6t 3ls,l3

I,l3

Retak

Atas

A2 285,69 309,3 1,08

Retak

Atas

A3

285,69

326,96 l,l4

Retak

4.9.2-

Pengujian Pada Sisi Samping Helmet Sepeda

Pengujian impak jatuh _{bebas terhadap sisi samping helmet sepeda}

ketinggian 1,5 meter diperoleh

datarat*rata

sebagai berikut.

a.

Besar

gayaruta-rata

: 220,95

N

b.

Luas area impak

rrta-rata:226,27

mmz

c.

Tegangan

rata-rata

:

0,98 MPa

Tabel 4.3. Hasil pengujian sisi samping helrnet sepeda

impakiatuh

bebas

ketinggian 1,5 m

Area

Luas

area Gaya

Tegangan

Keterangan

Impak impak

Pengujian

A

(mmz)

rim

o (MPa)

samping

ni

---rn:di

--

i0;i,i6

-

- o,s0g

netar.

Samping

B2 227,65 229,75 1,009

Pecah

Samping

83 223,51 229,84 1,A28

Pecah

4.9.3.

Pengujian Pada Sisi Belakang Helmet Sepeda

Pengujian impak jatuh _{bebas terhadap sisi atas helmet sepeda ketinggian}

1,5 meter diperoleh datarata-rata sebagai berikut.

a.

Besar

gayarata<ata

: 268,04

N

b.

Luas area impak rata*rata: 346,06 mm2

c.

Tegangan

rata-rata

: 0,77 MPa

Tabel 4.4. Hasil pengujian sisi belakan g helmet sepeda irnpak jatuh bebas

ketinggian 1,5 m

Area

fmpak

Luas

area Gaya

Tegangan

Keterangan

impak

Pengujian

c

(MPa)

A

(mm2)

F (N)

Belakang

Cl 5,+all 2565j o,:t4o

Retak

Belakang

C2 341,34 265,06 0,776

Pecah

Belakang

C

350,12 282,72 0,8

Pecah

4.10.

Perbandingan Hasil

Simulasi Dengan

Uji

Eksperimental

Pada

penelitian

ini

dilakukan

perbandingan

hasil

data

gambaran yang

diperoleh pada simulasi impak jatuh bebas dengan eksperimental impak jatuh bebas

bertujuan untuk

rnengetahui seberapa besar perbedaan

hasil

data

dari

simulasi

dengan data yang

diperoleh

pada eksperimental sehingga

hasil

penelitian

yang

diperoleh

lebih

akurat. Perbandingan

hasil

simulasi

dengan eksperimental bisa

dilihat

sebagai berikut.

4.10.1 . Perbandingan Pengujian Atas

[image:35.612.242.379.82.211.2]

Gambar 4.30. areapembebanan impak sisi atas hehnet sepeda

Diperoleh hasil

simulasi tegangan pada lzelmet sepeda adalah 1,04 MPa.

Sementara tegangan hasil eksperimental sisi atas

adalah

1,12 MPa. Perbandingan antara simulasi dengan hasil experimental dapat ditunjukkan pada Tabel 4.5.

Tabel 4.5. Perbandingan pengujiaan atas

Tegangan

(MPa)

Ansys

Eksperimental

1,04

1,i.r-Hasil yang

didapat

dari

membandingkan

selisih

antara tegangan hasil

simulasi dengan eksperimental adalah 0,08 MPa atau berbeda 7,39 o/o.

Pola retakan yang diperoleh dapat dilihat pada gambar 4.31 hasil pengujian experimental sebagai berikut.

(a) (b)

Gambar

a31

_@) Pola kerusakan spesimen

uji

impak area atas helmet, (b) Area

retakan specimen (c) area tegangan maksimum munculnya keretakan.

[image:36.612.248.372.624.736.2]

(c)

Gambar

a3l

_@) Pola kerusakan spesimen

uji

impak area atas helmet,

(b) Area retakan specimen (c) area tegangan maksimum munculnya keretakan

(lanjutan)

Berdasarkan pola keretakan yang ditunjukkan pada gambar 4.31. spesimen mengalami retak pada sisi samping sekitar tulang atas helm dan terjadi penurunan

Tulang bagian atas helm

*5

mm

disekitar area impak pada gambar pola

di

b.

Hal

ini

disebabkan

titik

impak terjadi pada bagian tulang helm, gaya impak jatuh bebas

di

permungkaan

sisi

atas helmer menimbulkan tegangan tekan pada permungkaan

helmet

dan

tegangan

Tarik

pada

permungkaan

dalam helmet, Hasilnya juga

memperlihatkan daerah

kritis

yang

te{adi

pada

helmet,

yang merupakan suatu

informasi untuk

menganalisa penjalaran

retak yang

akan

terjadi,

dari

gambar c

teganga vs waktu arah sumbu

y

lebih besar terjadi dibandingkan arah sumbu

x,

ini

menunjukan bahwa keretakan yang terjadi pada lokasi retak jelas disebabkan oleh tegangan tekan pada permungkanan dan

tarik

pada bagian dalam arah saumbu

y

sehingga membentuk keretakan kearah sumbu y.

4.1 4.2. Perbandingan Penguj ian Samping

Dari

hasil

sirnulasi Ansys warkbench

14.5

akibat impak

jatuh

bebas sisi

samping helmet sepeda area impak dapat

dilihat

pada gambar 4.32 sebagai berikut.

Diperoleh hasil

simulasi tegangan pada helmer sepeda adalah 1,11 Mpa.

Sementara

tegangan

hasil

eksperimental

sisi

samping

adalah

0,98

Mpa.

Perbandingan antara simulasi dengan

hasil

experimental dapat ditunjukkan pada

Tabel4.6.

Tabel 4.6. Perbandingan pengujian samping

Tegangan

(MPa)

Ansys

Experimental

1,11 0,98

Hasil yang

didapai dari

ffimba;ainftan

-seiisih

antara tegangan hasil

simulasi dengan eksperimental adalah 0,13 MPa atau berbeda rz,gg va.

Pola retakan yang diperoleh dapat

dilihat

pada gambar 4.33 hasil pengujian experimental sebagai berikut.

lA'",l

I

lmpat<

I

(c)

Gambar 4.33 (a) Pola kerusakan spesimen

uji

impak area samping helmet, (b)

Area retakan bagian dalam, dan (c) area tegangan maksimum munculnya keretakan

Berdasarkan

pola

keretakan

yang ditunjukkan pada

gambar

4.33.

spesimen

mengalami retak pada daerah tepi tulang akibat impak jatuh bebas dan pecah pada

bagian tepi luar dan dalarn helmet. Hasilnya juga _{memperlihatkan daerah kritis yang}

terjadi pada helmet,yangmerupakan suatu informasi untuk menganalisa penjalaran

retak yang akan terjadi, dari gambar

c

teganga vs waktu arah sumbu z lebih besar

terjadi dibandingkan arah sumbu

x, ini

menunjukan bahwa keretakan yang terladi

pada

lokasi

retak

jelas

_{disebabkan oleh tegangan tekan pada permungkanan dan}

tarik

pada bagian dalarn arah saumbu

z

sehingga membentuk keretakan kearah

sumbu y.

4. 1 0.3. Perbandingan Pengujian Belakang

Dari

hasil simulasi Ansys workbench 14.5 akibatimpak jatuh bebas sisi atas

helmet sepeda area impak dapat

dilihat

pada gamb ar 4.34 sebagai berikut.

Gambar 4.34. areapembebanan impak sisi belakanghelmet sepeda

Diperoleh hasil

simulasi tegangan pada helmer sepeda adalah

aJ2

,l{pa.

Sementara tegangan

hasil

eksperimental

sisi

belakang adalah

a,77

Mpa.

Perbandingan simulasi dan hasil experimental dapat ditunjukkan padaTabel4.T.

Tabel 4.7 Perbandingan pengujian belakang

Tegangan

(MPa)

Ansys

Experimental

0,72 0,77

Hasil yang

didapat

dari

membandingkan

selisih

antara tegangan hasil

(a) (b)

Gambar a.35 (a) Pola kerusakan spesimen

uji

impak

titik

belakang helmet, (b) Area retakan Spesimen (c) area tegangan maksimum munculnya keretakan Berdasarkan pola keretakan yang ditunjukkan pada gambar 4.35. spesimen

mengalami

pola retak

pada

bagian

luar helm

pada

gambar

b.

Hasilnya juga

rnemperlihatkan daerah

kritis

yang terjadi pada helmet padasekitar

titik

impak pada

gambar

c,

yang merupakan suatu

informasi untuk

menganalisa penjalaran retak

yang akan terjadi, dari gambar

c

teganga vs waktu arah sumbu y lebih besar terjadi

dibandingkan arah sumbu

z, ini

menunjukan bahwa keretakan yang

terjadi

pada

lokasi

retak

jelas

disebabkan oleh tegangan tekan pada permungkanan dan

tarik

pada bagian dalam arah saumbu y sehingga membentuk keretakan kearah sumbu z.

Dari hasil

perbandingar

arfiara

simulasi dan

eksperirnental diatas yang

diketahui

adanya perbedaan

selisih

antara simulasi dan eksperimental disebabkan

oleh beberapa parameter pengujian seperti temperatur, cacat material, kerapatan

yang

tidak

homogen, pengkalibrasian alat

uji

dan sebagainya merupakan

faklor

yang

menyebabkan teradinya perbedaan

hasil

simulasi

menggunakan software

lllsf,S

14.5 dengan hasil eksperimental

uji

impak jatuh bebas.

BAB

5

KESIMPULAN DAN

SARAN

5,1.

Kesimpulan

Setelah seluruh penelitian dilaksanankan serta menganalisa seluruh hasil, maka didapat kesimpulan sebagai

berikut:

1. Dari hasi diperoleh untuk model 1 diperoleh tegangan maksimum pengujian

atas 2,23

MPa,

pengujian samping 8,26

MPa,

pengujian belakang 1,997

MPa.

sedangkan pada

model

2

diperoleh tegangan maksimum pengujian

atas2,27 MPa, pengujian samping 2,38 MPa, dan pengujian belakang 1,64 MPa.

Dari

hasil

perbandingan kedua

model

helmet

sepeda diperoleh tegangan

maksimum pada model 1 lebih tinggi maka

dipilih

model

I

untuk pengujian

eksperimetal lebih laqjut.

Dari hasil membandingan tagangan hasil simulasi impak j _{atuh bebas dengan}

eksperimental

uji

impak

jatuh

bebas untuk pengujian atas diperoleh untuk pengujian atas hasil simulasi pada area

impak

sebesar 1,04 MPa dan hasil eksperimental

l,l2

MPa maka diperoleh selisih 0,08 MPa atau berbeda7,39

04, _{untuk pengujian samping}

hasil

_{simulasi area}

impak

_{sebesar 1,11 MPa}

dan hasil eksperimental

0,98

MPa maka diperolah selisih 0,13 MPa atau

berbeda 12,99 oh, dan untuk pengujian belakang hasil simulasi area impak

sebesar

0,72Wadan

hasil eksperimental},TT

MPa

maka diperoleh selisih 0,051 MPa atau berbeda 6,73 oA.

Saran

(?

Saran yang

bisa penulis berikan

bila

penelitian

ini

ingin

dikembangkan

dikemudian hari antara lain.

1.

Pengembangan

penelitian

dengan menggunakan

serat

alami

dikembangkan

lagi

agar

menghasilkan

material yang lebih

baik

2.

a

J.

dan

dikarenakan melimpahnya sumber bahan baku yang ramah lingkungan dan ekonomis.

2.

Studi literatur sangat penting dilakukan untuk melaksanankan penelitian.

3.

Data-data untuk di masukan ke simulasi harus

teliti

sesuai datayang didapat pada eksperimental agar tidak terjadi error.

4.

Beberapa parameter perbedaan

hasil

yang diperoleh

pada perbandingan

simulasi

dan

eksperimental

yang dijelaskan pada

bab

4

hendaknya

diperhatikan untuk penelitian selanj utnya.

BAB

2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1.

Sejarah

Helma

Sepeda

Helmet sepeda pada umumnya ringan, bentuk dominan

dari

helm sampai

dengan tahnn 197A adalah model

kulit

hairnet.

Hal

ini

menawarkan perlindungan

diterima dari

goresan dan luka, tetapi perlindungan dampak hanya

minimal,

dan

terutama digunakan oleh pengendara sepeda _{balap [6].}

2.1. Gambar Helmet Sepeda _[7]

Penggunaan yang lebih luas helmet mulai di Amerika Serikat

padal97}-an.

Setelah beberapa dekade ketika sepeda dianggap hanya sebagai mainan anak-anak

akhirnya orang

dewasa

Amerika

banyak melakukan aktivitas

bersepeda

dan

kemudian booming sepeda pada tahun 1970-an _[6].

Dua dari

helmet

sepeda

modem

per&ama

dibuat oleh MSR,

produsen

peralatan mountaineering dan

Bell

Olalvaga, produsen helmet untuk balap

mobil

dan sepeda

motor.

Hal

ini

bisa

dibilang

sebagai tonggak Sejarah Desain helmet

Sepeda

Modern. helmet

ini

adalah

spin-aff'dari

pengembangan

liners

busa

polystyrene

diperluas

untuk

helm

sepeda

motor

dan

motorsport,

dan

merniliki

cangkang

yang

keras

dari

plastik polikarbonat.

Secara

komersial

pertama yang sukses merancang helmet sepeda untuk

tujuan

komersial adalah

Biker Bell,

shell plastik berlapis keras

dirilis

pada tahun 1975 _161.

Sekitar tahun

1990 sebuah

teknik

konstruksi

baru

ditemukan dicetakan

dengan cepat menjadi

teknologi

dominan, memungkinkan

untuk ventilasi

yang lebih besar dan bentuk kompleks lebih dari cangkang keras. Penggunaan hard shells

menurun dengan cepat

di

arfiara populasi sepeda

umum

selama

tahun

1990-an,

hampir menghilang pada akhir dekade ini, namun tetap populer dengan pengendara

BMX

serta

inline

skater dan pemain skateboard.

Akhir

1990-an dan awal 2000-an

melihat

kemajuan dalam retensi dan sistem pas, menggantikan sistem lama dari

berbagai

ketebalan

bantalan

dengan menyesuaikan

dengan anatomi

kepala

pengendara.

Hal

ini juga

mengakibatkan bagian belakang kepala menjadi kurang

ditutupi

oleh

helmel,

dengan dasar pertimbangan bahwa dampak

ke

daerah

ini

sangat jarang

ditemui

_[6].

2.2.

Desain

llelmet

Sepeda

Helmet sepeda dirancang untuk melindungi dan mengurangi dampak pada

tulang kepala

(tengkorak) seorang

pengendara

sepeda

ketika

jatuh

dan

meminimalkan

efek

samping seperti gangguan penglihatan

tepi

karena benturan

tersebut, helmet yang digunakan oleh pengguna sepeda, didesain berbeda dari helm

sepeda motor karena kecepatan sepeda hanya sekitar 15 km/jam.

Walaupun

di

Indonesia

belum diwajibkan untuk

menggunakan helmet

sepeda tetapi sudah banyak digunakan oleh masyarakat dalam kegiatan bersepeda

santai

di

hari

libur,

tetapi pada olah raga balapan sepeda atau kejuaraan sepeda gunuog helmet sudah diwajibkan.

Desain adalah proses perubahan informasi terhadap syarat-syarat kebutuhan

sebuah

produk

menjadi pengetahuan produk dan proses. Kegiatan

ini

bertujuan

untuk

menciptakan dan mengevaluasi

produk

sesuai dengan tujuan yang

ingin

dicapai.

Desain

teknik

dapat

didefinisikan

sebagai proses menerapkan berbagai

teknik

dan

prinsip-prinsip

ilmiah

untuk tujuan

mendefinisikan

proses tersebut

dengan cukup terperinci

untuk

kemungkinan proses realisasi

lebih

lanjut.

Suatu

desain

produk

yang

baik

dapat menghasilkan pengembangan

produk

yang

baik

pula.

Desain didasarkan pada kelebihan produk, praklis dalam pembuatan, ongkos

fabrikasi yang

relatif

murah, pemasaran dan faktor kombinasi yaitu apakah desain

Prinsip

dasar proses desain

adalah

untuk memperkecil pernakaian bahan,

untuk

mendaur

ulang, karena

ketidaksesuaian

dengan

kebutuhan,

untuk

menghindari

kerja

ulang

(rework)

terhadap

produksi, efisiensi

dan kesesuaian

terhadap standar.

Langkah- langkah proses desain sebagai

berikut

_[1]:

1.

Identifikasi

kebutuhan

ialah

sebagai gambaran

dan

pernyataan

masalahyang samar-samar yang dikembangkan dan sebuah informasi.

2.

Sepenuhnya mendefinisikan dan memahami masalah, setelah itu adalah

mungkin untuk

memulai

tujuan.

3.

Defenisikan kebutuhan yang

lebih

masuk akal dan

realistis

dari pada

pemyataan masalah asli.

4.

Ciptakan sebuah spesifikasi tugas yang

terinci

dan membuat batasan

masalah.

5.

Buat

sebanyak

mungkin alternatif

pendekatan desain, biasanya pada

tahap

ini

menentukan

nilai

atau kualitas. Pada langkah

ini

merupakan penemuan

ide

terbesar.

6.

Penyelesaian langkah

sebelumnya,

yakni

menganalisa

dengan

menentukan diterima,

ditolak

atau

dimodifikasi

produk desain. Solusi yang paling menjanjikan

dipilih.

7.

Penentuan desain yang dapat diterima

dan dipilih.

8.

Ini

merupakan

langkah yang

detail

dimana

dilakukan

pembuatan

gambar

teknik

lengkap,

identifikasi

pemasok (vendor), serta membuat spesifikasi manufaktur dan lainJain.

9.

Merealisasikan desain dengan membuat pratotype.

10.

Dan akhimya menentukan kuantitas produksi.

Daiam

mendesain

helmet

sepeda

juga

deperlukan

mempertimbangkan

menentukan konstruksi material yang digunakan sehingga helmet yang

di

desain

tidak berat.

Aktifitas

bersepeda

adalah

aktivitas

olahraga

yang

secara signifikan

meningkatkan suhu

tubuh dan

kepala. Oleh sebab itulah helmet sepeda haruslah

helrnet sepeda memilih helmet yang nyaman dan trend. Bentuk dan struklur lrclmet sepeda

di

pasaran, seperti diperlihatkan pada Gambar 2.2.

(c) (d)

Ganrbar 2.2. Bentuk dan struktur

hehnet

sepeda di pasaran

(a) jenis

lull

face (b), (c)

dan

(d)

jenis

ha$'JitcelT)

Perbedaaan antaru kedua jenis

full

face

dan

half/hce

ini diperlihatkan pada Tabel 2.

l.

Tabel2.l

. Perbedaan antara helmet

full

_.face dengan hal./'face L87.

Aspek

Fullface

Pertimbanean

Halffuce

Keamanan

Lebih aman Aman

Banyak Ventilasi

Visibilitas

Massa Kenyamanan

Memandang satu arah

ke

dapat melihat bagian

Sedikit

depan

Ringan

Nyaman

samplng

Lebih ringan

Adapun konstruksi helmet secara garis besar

terdiri

atas[3] :

Lapisan luar yang keras (hard outer

shelfi

Didesain untuk dapat pecah

jika

mengalami benturan untuk mengurangi

dampak tekanan sebelum sampai ke kepala. Lapisan

ini

biasanya terbuat

dari bahan plastic, _fiberglass,

polycarbonate

dan lain-lain.

Lapisan dalam yang _{tebal {inside} sltell

or ltner)

Di

sebelah dalam dari lapisan luar adalah lapisan yang sama pentingnya

untuk

dampak pelapis

penyangga.

Biasanya dibuat

dari

bahan

polystyrene (styrofoarl).

Lapisan

tebal

ini

memberikan bantalan yang

berfungsi menahan goncangan sewaktu

helmet

terbentur benda keras

sementara kepala masih bergerak.

Lapisan dalam yang lunak (comfort

padding)

Merupakan bagian dalam yang

terdiri

dari bahan lunak dan kain untuk

menempatkan kepala secara pas dan tepatpada rongga helmet.

Tali

Pengikat

Bagian penting

lainnya

dalam

hehn

ada

tali

pengikat

helmet.

Helmet

tidak

akan berfungsi

dengan

baik

kalau

tidak

dilengkapi

atau

tidak

mengikatkan

tali

pengikatnya. Komponen Helmet Sepeda dapat

dilihat

pada Gambar2.3.

outer shell

lnside shell 1.

2.

a

1

2.2.1

Standarisasi Helmet Sepeda

Helmet yang digunakan

oleh

masyarakat

di

negara

maju

pada umumnya

sudah mempunyai standard tertentu sesuai dengan peraturan yang ditetapkan oleh

pemerintahnya.

Diantara standar-standar

helmel

sepeda yang

dikenal

luas dan

banyak

menjadi

referensi antara

lain Australia

Standard

(EN

397.

AS/I{ZS

1801.SS98),

European&N

helmet standard

(EN

1078.1990) dan lain-lain.

Untuk

masing-masing standar

memiiiki

klasifikasi yang

berbeda berdasarkan kegunaan

dan material yang

digunakan. ANSI

mengelompokkan dalam dua tipe:

l.

Helmet yang digunakan untuk melindungi kepala dari benda yang

jatuh

bebas

dari

ketinggian tertentu umumnya

digunakan

oleh

pekeqa

konstruksi, sedangkan.

2.

Helmet yang digunakan untuk melindungi kepala dari benda yang

jatuh

bebasjuga dari benda yang datangdari arah lateral baik dari arah depan,

samping

dan belakang umumnya digunakan

oleh

petugas pemadam

kebakaran.

2,3.

Bahan

Komposit

Bahan

komposit

adalah material rekayasa yang

terdiri

dari

dua atau lebih

material menjadi suatu

jenis

material baru yang

sifat

dan karakteristiknya masih

didominasi oleh sifat bahan pembentukya dimana material yang digabung

memiliki

sifat masing-masing yang berbeda satu sama lainnya

baik

itu

sifat

kimia

maupun

sifat fisikanya. Bahan komposit

terdiri

dari dua bagian utama

di

antaranya:

matrik

dan

penguat (reinforcement). Fasa

matrik

adalah bahan fasa

kontiniu

yang selalu

kaku,

dan rapuh, sedangkan fasa penguat

tidak

kaku

dan

kuat,

akan

tetapi

fasa

penguat

ini

lemah. Penggabungan kedua fasa tersebut menghasilkan bahan yang dapat mendistribusikan beban yang diterima

di

sepanjang penguat, sehingga bahan

menjadi

lebih

tahan

terhadap pengamh

beban

tersebut. Penguat

umumnya

berbentuk serat, rajutan, serpihan, dan

partikel, yang

dibenamkan kedalam fasa

matrik, penguat merupakan fasa diskontinu yang selalu lebih kuat dan

tidak

kaku

dari

pada

matrik dan

merupakan kemampuan

utama bahan

komposit

dalam

menahan beban _[9].

Bahan komposit

memiliki

banyak keunggulan, diantaranyaberat yang lebih

ringan, kekuatan dan ketahanan yang lebih tinggi, tahan korosi dan ketahanan aus.

Gambar 2.4. Gabunsan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit

Keunggulan

komposit

dapat

dilihat

dari

sifat-sifat

bahan

pembentuknya serta

ciri-ciri

komposit

itu

sendiri, antara lain:

a.

Bahan ringan,

kuatdankaku.

b.

Struktur mampu berubah mengikuti perubahan keadaan sekitarnya.

c.

Unggul atas sifat-sifat bahan teknik yang diperlukan; kekuatan yang

tinggi,

keras, ringan serta tahan terhadap irnpak.

Bahan komposit polymeric

foam terdin

dari

polyester

resin tak

jenuh

dan

hlowing

agent. Blowing

agent yang digunakan dalam penelitian

ini

adalah;

polyol

dan

isocyanate.

Sementara

untuk

msmpercepat proses

polimerisasi

digunakan

katalis jenis Merhyl

Ethil

Keton Perokside (MEKPO).

2.3.1.

Polyester resin tak jenuh

(BQTN

157-EX)

Polyester

resin

BQTN

157-EX

merupakan

polimer

kondensat

yang

terbentuk berdasarkan

reaksi

artara

polyol

yang

merupakan

organik

gabungan

dengan

alkohol multiple

atau

gugus

fungsi

hidroksi,

dan

polycarboxylic,

yang

mengandung

ikatan

ganda.

Tipikal

jents

polyol

yang digunakan adalah glycol,

seperti ethylene

glycol.

Sementara asarn

polycarboxylic yang

digunakan adalah

asamphthalic danasammaleic.Adapun jenis polyester resin yang digunakan dalam

penelitian

ini

dapat

dilihat

pada gambar 2.5

Polyester resin tak

jenuh

adalah

jenis

polimer

thermosef yang

memiliki

struktur rantai karbon yang panjang.

Matrik

yang berjenis

ini memiliki

sifat dapat

mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan

ketika proses _{pembentukan [10].}

Polyester

tergolong

jenis polimer

thermoset _,vang

memiliki sifat

dapat

mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan

ketika

proses pembentukannya

[10].

Struktur

bahan

yang dihasilkan

berbentuk

crosslink dengan

keunggulan

daya tahan

yang

lebih

baik

terhadap jenis

pembebanan statik dan

impak.

Hal tersebut disebabkan oleh molekul yang

dimiliki

bahan

dalam bentuk rantai molekul

raksasa,

atom-atom

karbon yang

saling

mengikat satu dengan lainnya mengakibatkan struktur molekulnya menghasilkan

efek peredaman yang cukup baik terhadap beban yang diberikan data karakteristik

mekanik bahan polye,ster resin tak jenuh seperti terlihat sebagai berikut _[10].

Tabel 2.1. Karakteristik mekanik polyester resin tak

jenuh

_[10].

Sifat Mekanik

.-1 kg.m

-GPa

(MPa)

Sumber : Georgios

Koronis,

etal.,2012

2.3.2.

Blowing agent

Blowing

agent adalah bahan yang digunakan untuk menghasilkan struktur

berongga pada komposit yang dibentuk. Jenis blowing agent yang digunakan dalam

penelitian

ini

adalah palyurethane. Bentuk

polyol dan

isocyanate

yang

dipergunakan dalam penelitian

ini

diperlihatkan pada Gambar 2.6. Berat Jenis (p)

Modulus Young { E}

Kekuatan Tarik (o1)

I;

sld 1,5

2 #d 4,5

40 sde0

Gambar 2.6. Blowing agent

Polyurethane adalah suatu

jenis

polimer yang

mengandung jaringan

urethane

yaitu

_{-NH-CO-O-. Polyurethane dibentuk oleh reaksi senyawa isosianat}

yang bereaksi dengan senyawa yang

memiliki

hydrogen al<trf seperti _{diol @olyot),}

yang mengandung

goup

hydroksil dengan mempercepat reaksi yaitu katalis. Unsur

nitrogen yang bermuatan pada kelompok alkohol

(polyol)

akan membentuk ikatan

urethane

antara dua

unit

monomer dan menghasilkan

dimer urethane.

_Reaksi

isosianat

ini

akan membentuk amina dan gas karbon dioksida

(COz).

Gas

ini

yang

kemudian _{akan membentuk busa} pada bahan polirner yang terbentuk

[g]

Bahan

yang terbentuk

dari

campuran

blawing

agent dan

polimer

disebut dengan bahan

pa lyme r i c _/b

am.

Bahan po lyme r ic _fo am bany ak ditemukan sebagai busa kaku dan

fleksibel yang digunakan sebagai pelapis atau perekat bahan.

Berdasarkan sifat mekaniknya bahan

ini

memiliki

4 (empat) sifat penting

di

antaranya _[8]:

1.

Sifat Elastik

silbt ini

berhubungan dengan

sifat

kekakuan bahan

yang

terdiri

dari

geometri, bentuk dan mikrostruLtumya.

2.

Sifat Viskoelastik

sifat

peredaman

solid

bahan,

sifat

ini

merupakan

efek dari

bentuk

geometri bahan tersebut.

3.

Sifat

Akustik

sifat ini

berhubungan dengan sifat media yang

dilewati

oleh perambatan

suara

akibat bentuk struktur yang

berongga

akan

memudahkan

gelombang udara masuk kedalam bahan dan terserap atau terperangkap sebagian besar ke dalam struktur tersebut. Dengan demikian suara yang keluar dan atau dipantulkan oleh bahanpolymericfoam akan mengalami pelemahan.

4.

Sifat Viskoakustik.

sifat

ini

berhubungan dengan peredaman

fluida yang

dihubungkan

dengan

geometri,

bentuk

mikrostruktumya

yang

sama dengan sifat

2.3.3.

Katalis

MEKPO

Katalis merupakan bahan kimia yang digunakan untuk mempercepat proses

reaksi polimerisasi

struktur komposit

pada

kondisi

suhu

kamar

dan

tekanan

atmosfir. Jenis katalis yang digunakan adalah

jenis

Methyl Ethyl Keton Peroksida

(MEKPO),

seperti diperlihatkan pada Gambar 2.7.

Pemberian

katalis

dapat

berfungsi

untuk

mengatur

waktu

pembentukan

gelembung

blowing

agen4 sehingga

tidak

mengembang secara berlebihan, atau

terlalu

cepat meogeras

yang

dapat mengakibatkan terhambatnya pernbentukan

gelembung.

2.3.4.

Serbuk tandan kosong kelapa sawit

(TKKS)

Lirnbah

berbentuk

padat

dari pabrik

kelapa

sawit

umumnya berbentuk

tandan kosong, cangkang

dan

serat buah.Dari berbagai

jenis

komponen limbah

pabrik kelapa sawit yang dihasilkan, tandan kosong kelapa sawit

(TKKS)

merupakan komponen yang paling banyak.

Secara umum pengelolaan limbah

terdiri

dari dua aspek yaitu penanganan

limbah dan peman f aatan I imbah. Pen atgaflan I i mbah untuk men guran g

i

day a cemar

dan pemanfaatan limbah untuk mendapatkan

nilai

tambah.

Beberapa

penelitian yang

sudah

dilakukan untuk

memanfaatkan tandan

kosong kelapa

sawit

adalah sebagai bahan baku pembuatan

pulp

(Darnoko dkk,

1995), Penelitian menunjukkan bahwa kandungan seratnya cukup

tinggi

sehingga tandan kosong kelapa sawit dapat digunakan sebagai bahan pengisi polimer, seperti bahan pengisi

jenis

kayu dan turunan selulosa, karena harganya murah, ringan dan [image:51.612.230.428.184.333.2]

dapat diperbaharui.

Gambar

2.7.Katalis

Untuk

penguat komposit digunakan serbuk

TKKS

yang akan dicampurkan

kedalam

matrik.

Tiap kandungan serbuk

TKKS

secara

fisik

mengandung

bahan-bahan seperti

lignin

(16,19 7o),

selulosa{M,14%)

dan _{hemiselulosa {19,28o/o)yang}

mirip

dengan bahan

kimia

penyusun

kayu [10].

Adapun

serbuk

TKKS

tersebut

diperlihatkan pada

gambr

2.8 dengan menggunakan saringan

ASTM

MESH 40.

Penelitian yang dilalrukan

oieh

sebuah

institusi komersial

terhadap

komposisi bahan

kimianya diketahui

bahwa kandungan serat

TKKS

merupakan

kandungan terbesar seperti terlihat pada Tabel 2.2 yang mampu memberikan sifat

mekanik yang cukup