BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pendahuluan
Pada bab ini akan dijelaskan tentang studi literatur yang berkaitan
denganredesain parking bumper bahan komposit polymeric foam diperkuat TKKS yang diuji menggunakan simulasi statik dan dinamik dengan Software
Ansys 12.0. Secara singkat akan dijelaskan landasan teori tentang Parking Bumper, Redesain atau modifikasi desain Parking Bumper, geometri an defenisi fisik, metode elemen hingga, simulasi statik, dansimulasi dinamik parking bumper
menggunakan Software Ansys 12.0, serta Analisa Gaya dan Energi Impak pada redesain yang dibuat.
2.2. Parking Bumper
Parking bumper adalah sebuah alat yang digunakan sebagai penahan roda kenderaan pada saat parkir. Parking bumper sering dijumpai pada lokasi perparkiran gedung perkantoran, pusat perbelanjaan atau supermarket, lokasi peristirahatan pada jalan tol dan lain-lain. Fungsi parking bumper adalah sebagai
alat untuk memastikan kenderaan berhenti pada tempat yang telah ditentukan guna melindungi bangunan, trotoar, serta juga sebagai faktor keindahan pemandangan pada tempat parkir dengan susunan kenderaan yang teratur dan rapi [5]. Contoh parking bumper yang ada dilokasi perparkiran dapat dilihat pada
Gambar 2.1. Gambar parking bumper
Gambar 2.1. memperlihatkan lokasi perparkiran untuk bangunan gedung. Tujuan
penggunaan parking bumper di sini untuk menghindari terjadinya tabrakan dengan kendaraan lainpada saat kenderaan diparkir sehingga kecelakaan dilokasi
parkir dapat dikurangi. Selain itu berfungsi menciptakan keteraturan lokasi parkir, sehingga pemilik kenderaan merasa nyaman saat meninggalkan kenderaan tersebut diparkiran [2]. Contoh penggunaan parking bumper pada sebuah
kenderaan dalam posisi parkir terlihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2. Penggunaan parking bumperpada saat parkir.
Pada penelitian ini akan dilakukan redesain atau modifikasi terhadap
desain parking bumper sebelumnya berdasarkan penelitian [2 dan 5]. Tujuannya adalah untuk mendapatkan desain yang lebih maksimal dalam pemakaiannya.
Desain produk adalah perubahan atau penggantian informasi yang
mencirikan terhadap kebutuhan dan persyaratan sebuah produk untuk menjadi pengetahuan tentang produk tersebut. Desain sebuah produk dapat saja
dimodifikasi sesuai dengan kebutuhan dan persyaratan yang diinginkan. Hal ini bertujuan untuk mendapatkan kualitas produk yang lebih baik sesuai keperluannya. Penggantian informasi ini bertujuan untuk menciptakan dan
mengevaluasi produk sesuai dengan tujuan yang akan dicapai [6].
Suatu desain produk yang baik dapat menghasilkan pengembangan produk
yang sukses. Jika suatu desain masih mengalami kelemahan maka dapat dilakukan redesain atau modifikasi terhadap desain awal yang telah ada. Perubahan atau modifikasi desain didasarkan pada kelebihan produk, praktis dalam pembuatan,
biaya fabrikasi yang relatif lebih murah, dan pemasaran. Faktor kombinasi desain produk tersebut harus memenuhi persyaratan yang dibutuhkan pelanggan [7].
Dalam proses desain harus mengikuti prinsip dasar yang telah ada. Prinsip dasar proses desain [7] adalah sebagai berikut:
1. Untuk mengurangi pemakaian material. 2. Mendaur ulang (recycle).
3. Ketidak sesuaian dengan kebutuhan.
4. Untuk menghindari kerja ulang (re-work) terhadap produksi. 5. Untuk kebutuhan efisiensi dan kesesuaian terhadap standar.
Sedangkan tahapan proses harus sesuai dengan ketentuan yang baku.
1. Mengidentifikasi kebutuhan, atau bisa diartikan sebagai gambaran dan pernyataan masalah yang samar-samar untuk dikembangkan dari sebuah informasi.
2. Mengindentifikasi dan memahami masalah, selanjutnya memulai tujuan.
3. Memahami konsep asli.
4. Menciptakan spesifikasi tugas yang terperinci dan membuat batasan masalah.
5. Membuat sebanyak mungkin alternatif pendekatan desain, umumnya pada tahapan ini menentukan nilai dan kualitas.
6. Penyelesaian tahap-tahap sebelumnya selanjutnya menganalisa lalu menentukan diterima, ditolak ataupun dimodifikasi/desain ulang. Lalu ditetapkan solusi yang dipilih.
7. Penentuan desain yang dipilih atau diterima.
8. Pengerjaan detail yaitu pembuatan gambar teknik, identifikasi penyuplai (vendor) serta membuat spesifikasi manufaktur, dan lain-lain.
9. Merealisasi desain dengan membuat prototipe. 10.Menentukan kuantitas produksi.
Sesuai dengan kutipan di atas, maka dalam penelitian ini yang akan dilakukan adalah redesain atau modifikasi desain dengan tujuan mendapatkan
desain yang memiliki karakteristik yang lebih dari penelitian sebelumnya.
Bentuk dasar dari Parking bumper yang dimodifikasi adalah trapesium padat. Bentuk desain dasar yang dikembangkan dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3. Desain dasar dari penelitian
Desain trapesium padat akan dimodifikasi menjadi trapesium berongga di
bentuk radius sesuai dengan ban mobil yang akan mengenainya. Redesain ini
selanjutnya disebut trapesium berongga yang diisi concrete dengan sisi miring berbentuk radius. Dasar dari perubahan yang dilakukan adalah untuk mendapatkan parking bumper yang memiliki kekuatan lebih kuat dari parking bumper desain sebelumnya. Tujuan modifikasi adalah untuk mendapatkan bentuk yang lebih bagus dan yang memiliki kekuatan lebih kuat.
Bentuk redesain yang dilakukan dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4. Bentuk Desain hasil modifikasi
Pada Gambar 2.4 diperlihatkan perubahan desain dari trapesium padat menjadi trapesium berongga. Rongga tersebut diisi dengan bahan semen beton (concrete).Ukuran yang dibuat adalahpanjang 250 mm, lebar 200 mm, dan tinggi
130 mm. Selain itu pada bagian miring parking bumper yang langsung dikenai roda kendaraan, dibuat melengkung seperti radius roda yang akan menempel. Hal
ini bertujuan agar saat parkir roda kendaraan benar-benar tertahan oleh parking bumper.
Geometri dan definisi fisik yang dimaksud di sini adalah jenis material,
homogeneity, heterogeneity atau inhomogeneity,isotropik, dan anisotropik. Pada bagian berikut akan dibahas secara ringkas.
2.4.1. Jenis Material
Jenis material tergantung pada jumlah penyusun atau fasa. Suatu material dapat disebut satu fasa (single phase), dua fasa (two phase), tiga fasa (three phase)
dan multi fasa (multi phase). Perbedaan fasa dalam struktur komposit memiliki fisik dan sifat mekanik berbeda serta karakteristik dimensi jauh lebih besar dari molekul atau dimensi butir [8].
2.4.2.Homogeneity
Sebuah material dikatakan homogen jika sifat-sifatnya adalah sama pada
setiap titik atau tidak tergantung pada lokasi. Konsep homogeneity dikaitkan dengan sebuah skala atau karakteristik volume dan definisi dari sifat-sifat yang terkait. Material dapat lebih homogen atau kurang homogen. Jika ada variabilitas
rendah dari titik ke titik dalam skala makroskopik, material tersebut digolongkan pada quasi homogeneous.
2.4.3. Heterogeneity or Inhomogeneity
Suatu material dikatakan heterogen atau tidak homogen jika sifat-sifatnya beragam dari titik ke titik. Sama seperti kasus diatas, konsep heterogeneity
dikaitkan dengan karakteristik volume. Jika skala mengalami kekurangan, suatu material dapat digolongkan homogen, quasi homogen atau heterogen.
Banyak sifat material, seperti kekakuan, kekuatan, ekspansi termal, dan
konduktifitas termal yang dihubungkan dengan sebuah arah atau sumbu. Suatu material katakan isotropik ketika sifat-sifatnya sama ke semua arah atau tidak tergantung pada orientasi sumbu referensi.
2.4.5. Anisotropik/Orthotropik
Suatu material dikatakan anisotropik ketika sifat-sifatnya pada tiap titik
berbeda dengan arah atau tergantung pada sumbu orientasi referensi. Jika sifat-sifat material sepanjang arah adalah sama seperti sepanjang sebuah arah simetri dengan sebuah bidang, bidang tersebut didefinisikan sebagai bidang material
simetri (plane of material symmetric). Sebuah material boleh memiliki nol, satu, dua, tiga, atau tak terhingga dari bidang simetri material melalui satu titik. Suatu
material tidak memiliki bidang simetri disebut general anisotropic.
Pada relevansi khusus dari komposit material adalah orthotropik material, yakni material-material memiliki lebih kurang tiga bidang simetri yang sama.
2.5. Metode Elemen Hingga
Metode elemen hingga merupakan metode yang digunakan oleh para
engineer untuk menyelesaikan permasalahan teknik dan problem matematis yang dihadapinya. Adapun permasalahan teknik dan problem matematis yang dapat diselesaikan dengan menggunakan metode elemen hingga dapat dibagi dalam dua
kelompok, yaitu masalah analisa struktur dan non struktur. Permasalahan dalam bidang stuktur meliputi analisa tegangan, buckling, dan analisa getaran.
Dalam persoalan-persoalan yang menyangkut geometri yang rumit, seperti
persoalan pembebanan terhadap struktur yang komplek, pada umumnya sulit dipecahkan melalui analisa matematika. Hal ini disebabkan karena analisa matematika memerlukan besaran atau harga yang harus diketahui pada setiap titik pada struktur yang dikaji [9].
Penyelesaian analisis dari suatu persamaan differensial suatu geometri yang komplek, pembebanan yang rumit, tidaklah mudah diperoleh. Formulasi dari
metode elemen hingga dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan ini. Metode ini akan mengadakan pendekatan terhadap harga-harga yang tidak
diketahui setiap titik secara diskrit. Mulai dengan redesain dari suatu benda dengan membagi-bagi dalam bagian yang kecil yang secara keseluruhan masih mempunyai sifat yang sama dengan benda yang utuh sebelum terbagi dalam
bagian yang kecil (diskrisasi).
2.6. Simulasi Uji Statik parking bumper.
Simulasi statik adalah simulasi yang meliputi pengujian dengan cara uji tekan. Pada penelitian ini simulasi statik akan dilakukan untuk pengujian uji tekan terhadap parking bumper. Simulasi statik parking bumper yang akan dilakukan menggunakan Software Ansys 12.0. Simulasi uji statik menggunakan Software Ansys 12.0 yang akan dilakukan pada penelitian ini adalahuji tekan pada sisi
miring redesain parking bumper.
Uji tekan pada sisi miring redesain parking bumper dilakukan dengan cara memberi gaya tekan terhadap sisi miring redesain parking bumper tersebut. Gaya
menggunakan Software Ansys 12.0 akan memperlihatkan perubahan yang terjadi pada redesain parking bumper tersebut.
Tujuan simulasi statik parking bumper disini untuk mengetahui nilai tegangan maksimum, regangan maksimum, dan nilai total deformasipada parking
bumper. Selain itu pada simulasi statik ini dapat juga mengetahui dimana posisi titik maksimum dari tegangan, regangan, dan total deformasi parking bumper.
2.6.1. Respon Mekanik Akibat Beban Tekan Statik
Pada umumnya material komposit dibentuk dalam dua jenis fasa, yaitu fasa matriks dan fasa penguat. Fasa matriks adalah material dengan fasa kontinu
yang selalu tidak kaku dan lemah. Sedangkan fasa penguat selalu lebih kaku dan kuat, tetapi lebih rapuh. Penggabungan kedua fasa tersebut yang dilakukan secara
makroscopik menghasilkan material yang dapat mendistribusikan beban yang diterima disepanjang penguat, sehingga material menjadi lebih tahan terhadap pengaruh beban tersebut [10].
Penguat pada umumnya dalam bentuk serat-serat, rajutan, serpihan, dan partikel, yang dicampurkan kedalam fasa matriks. Penguat merupakan fasa diskontinu yang selalu lebih kuat dan kaku daripada matriks dan merupakan kemampuan utama material komposit dalam menahan beban [10].
Respon dapat didefinisikan sebagai suatu reaksi yang timbul akibat dari adanya suatu aksi atau gangguan. Sebagai contoh salah satu gangguan yang
regangan, retak, patah, dan lain-lainnya. Respon yang dihasilkan dapat
memberikan informasi mengenai sifat dan kerakteristik suatu material tersebut. Penyelidikan respon dinamik suatu material atau struktur merupakan rangkaian kegiatan dalam mempelajari perubahan bentuk dan kerusakan akibat
pembebanan tertentu. Kegiatan tersebut merupakan tindakan dasar untuk menanggulangi terjadinya kegagalan material dalam aplikasi teknik. Salah satu
kegiatan yang paling dasar adalah melakukan pengujian dengan pembebanan tertentu terhadap sejumlah sampel. Setelah respon material secara kualitatif diperoleh dari hasil pengujian atau data yang tersedia, maka kesempatan untuk
berhasil dalam mendesain suatu struktur tertentu dapat dievaluasi [11]. Respon dinamik material disebabkan beberapa faktor bukan hanya dibatasi dengan
tekanan statik dan dinamik saja melainkan tingkat kapasitas pembebanan segala arah dan beberapa impuls kondisi pembebanan [12].
Untuk kekakuan dan kegetasan suatu bahan dapat diketahui melalui uji
tekan statik. Secara skematis, pengujian beban tekan statik diilustrasikan pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5. Diagram uji tekan statik
Δℓ
ℓ
Nilai modulus elastisitas bahan dapat diketahui melalui slope garis elastis
linear. Sehingga secara matematis, nilai modulus elastisitas akibat beban statik dapat ditulis dengan menggunakan persamaan (2.1) [18].
𝐸 = 𝜎
𝜀… … … . … … … (2.1)
dimana:
E = Modulus elastisitas (Pa). σ = Tegangan normal (Pa).
ε = Regangan.
Tegangan normal akibat beban tekan aksial dapat ditentukan dengan persamaan (2.2).
𝜎= 𝐹
𝐴… … … . … (2.2)
dimana:
F = Beban tekan (N).
A = Luas penampang yang dikenai beban tekan (m2).
Regangan akibat beban statik tekan tersebut diperoleh dengan persamaan (2.3).
𝜀 = 𝛥ℓ
ℓ … . … … … (2.3)
dimana:
Δℓ = perubahan panjang yang terjadi (m).
Dengan mensubsitusi persamaan (2.2) dan (2.3). ke persamaan (2.1), maka
diperoleh persamaan (2.4).
𝐸 = 𝐹 . ℓ 𝐴 . 𝛥ℓ
𝛥ℓ= 𝐹 . ℓ
𝐴 . 𝐸… … … …. (2.4)
2.7. Simulasi Uji DinamikParking bumper.
Simulasi dinamik adalah simulasi yang menggunakan pengujian impak jatuh bebas. Pada penelitian ini simulasi dinamik akan dilakukan untuk pengujian
uji impak jatuh bebas terhadap parking bumpermenggunakan SoftwareAnsys 12.0.Simulasi uji dinamik parking bumper pada penelitian ini yang akan dilakukan adalah uji impak jatuh bebas pada sisi miring redesainparking bumper.
Dari uji impak akan dilihat perubahan yang terjadi pada redesainparking bumpertersebut.
Tujuan simulasi dinamikparking bumper disini untuk mengetahui nilai tegangan maksimum, nilai regangan maksimum, dan nilai total deformasi pada parking bumper. Selain itu pada simulasi dinamik ini dapat juga mengetahui dimana posisi titik maksimum dari tegangan, regangan, dan total deformasi parking bumper.
2.7.1. Respon Mekanik Akibat Beban dinamik.
Gaya impak dapat diperoleh dengan mensubstitusi persamaan momentum p = m.v……….(2.5)
dengan persamaan impuls
Jika perubahan momentum sama dengan impuls atau
I =p………..(2.7) Maka besar nilai gaya dapat dinyatakan dengan persamaan
𝐹 = 𝑚 .𝑣
𝑡 … … … . … . . … (2.8)
Energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan usaha/kerja. Hukum kekekalan energi menjelaskan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. Salah satu bentuk energi mekanik adalah energi kinetik dan energi
potensial. Energi kinetik (Ek) adalah energi yang dimiliki oleh benda berdasarkan gerakan benda. Nilai energi kinetik dapat dihitung dari pergerakan awal benda
dari kecepatan awal (vo) ke kecepatan perubahan benda (v1), yang ditentukan dengan persamaan (2.9).
𝐸𝑘 =
1 2 𝑚 .𝑣
2 … … … . … … … (2.9)
dimana:
Ek = energi kinetik (joule). m = massa benda (kg). v = kecepatan benda (m/s).
Energi potensial (Ep) adalah energi yang dimiliki oleh benda berdasarkan
kedudukan (ketinggian). besarnya energi potensial dapat dihitung dengan persamaan (2.33).
dimana
Ep = energi potensial (joule). m = massa benda (kg).
g = gaya gravitasi benda (m/s2).
H = kedudukan/ketinggian benda (m).
