Jurnal
e
-Dinamis, Volume.9, No.1 Juni 2014 ISSN 2338-103575
SIMULASI DINAMIK STIK GOLF WILSON
MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS 14.0
Ahmad Faiz Ramadhan Hasibuan1, Bustami Syam2 1,2
Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara, Jln.Almamater Kampus USU Medan 20155 Medan Indonesia
Abstrak
Stik golf Wilson selalu mengalami kerusakan pada batang stik. Kerusakan yang terjadi adalah deformasi (perubahan bentuk) dan patah. Untuk itu peneliti ingin mengetahui penyebab dari kerusakan yang terjadi, dengan cara mensimulasikan menggunakan software ansys 14.0. Tujuan penelitian ini adalah mensimulasikan stik golf wood Wilson yang mengalami beban dinamik dengan menggunakan software ansys 14.0 untuk mengetahui distribusi tegangan (respon) pada stik golf setelah terjadi pengimpakan dan mengetahui penyebab kerusakan yang terjadi pada stik golf. Metode yang dilakukan adalah setelah melakukan simulasi dengan menggunakan software ansys 14.0, diambil beberapa sampel untuk mengetahui distribusi teganan. Dari hasil simulasi pada permukaan pemukul stik golf wood diperoleh tegangan maksimum terletak pada bagian atas sambungan antara pemukul stik dengan batang. Berdasarkan hasil simulasi, diperoleh nilai tegangan terbesar, 1,5866 Gpa, terjadi pada batang stik, tegangan besar inilah yang menyebabkan kerusakan yang terjadi pada stik, bila tegangan ini terjadi berulang-ulamg.
Kata kunci: stik golf wilson, tegangan, dan ansys 14.0.
ABSTRACT
Wilson golf clubs have always suffered damage to the stem sticks. The damage is deformation (change in shape) and broken. The researchers wanted to find out the cause of the damage, by simulating using ansys 14.0 software. The purpose of this study is to simulate wood golf club Wilson is experiencing dynamic loads using ansys 14.0 software to determine the stress distribution (response) at a golf club after impact and determine the cause of damage to the golf club. The method is performed after performing simulations using ansys 14.0 software, a sample was taken to determine the distribution of tension was. From the simulation results on the club face golf club wood obtained maximum stress is located at the top of the connection between the rod sticks bat. Based on simulation results, obtained the largest stress value, 1.5866 Gpa, occur on the trunk sticks, large stress that causes damage to the sticks, if this voltage occurs repeatedly.
Keywords: wilson golf club, stress, and ansys 14.0.
1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Peralatan golf terus berkembang sesuai dengan kemajuan teknologi. Pada awalnya, kayu hikori dipakai untuk tangkai stik, sementara kayu kesemek Amerika yang keras dan kuat dipakai untuk kepala stik [1].
Pada awal 1970-an, tangkai baja
digantikan dengan tangkai
dari grafit yang ringan dan kuat. Stik wood pertama dari logam dibuat pada awal 1980-an, dan perlahan-lahan
logam dipakai untuk menggantikan kayu karena logam lebih tahan lama. Stik golf, yang merupakan produk teknologi mutakhir sudah menggunakan tangkai dari grafit dan kepala stik dari titanium yang ringan dan sangat kuat. Dengan memakai titanium, kepala stik dapat dibuat cukup besar tapi tidak menjadi berat [1] .
Umumnya pemain golf hanya mengetahui teknik bermain, tanpa mengetahui respon yang terjadi pada stik golf, pada saat bola di pukul. Oleh karena itu, pada penelitian ini, peneliti
76 akan menganalisa respon stik yang
terjadi.
1.2 Tujuan Penelitian
1. Mengetahui distribusi tegangan (respon) pada stik golf setelah terjadi pengimpakan.
2. Mengetahui penyebab kerusakan yang terjadi pada stik golf.
2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Stik Golf
Stik merupakan salah satu alat yang terpenting dalam suatu permainan golf. Stik digunakan untuk memukul bola menuju ke lubang. Dalam setiap pukulan, dibedakan stik yang akan digunakan. Dalam bab ini akan dibahas secara lengkap tentang stik golf.
2.2 Mekanika Ayunan Stik Golf
Sebuah ayunan stik golf yang tepat, memiliki dampak yang besar pada permainan golf. Ayunan stik golf memiliki mekanika fisika tertulis dan merupakan contoh yang bagus dari sudut gerak. Ayunan memutar menghasilkan torsi pada klub. Hal ini memaksa perubahan torsi kecepatan sudut klub, menyebabkan rotasi, sehingga kunci untuk dapat memukul bola yang jauh terletak pada kecepatan kepala klub dan bola akan mengalami impak geser.
2.3 Pendulum Model Ganda
Pada gambar 1, ditunjukkan gerakan dalam permainan golf, dimulai dari backswing sampai pada downswing oleh pegolf professional.
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 1 pemodelan ayunan pukulan (a) pada awal downswing, (b) pada titik rilis, (c) setelah melepaskan club dan (d) pada saat terjadi impak
Untuk lebih dapat dipahami, gambar 1 dimodelkan seperti pada gambar 2. Gambar 2 menunjukkan gerakan lengan dan stik selama ayunan. Pemodelan yang digunakan untuk menganalisis gerakan ini didasarkan pada pendulum ganda. Dasar untuk model pendulum ganda berasal dari praktek modern, yaitu menjaga lengan kiri (untuk pegolf tangan kanan) lurus selama ayunan ke bawah.
Gambar 2. Model ganda pendulum dari ayunan golf, (a) pada awal downswing, (b) pada titik rilis, (c) setelah melepaskan klub dan (d) pada saat terjadi impak.
Dengan asumsi, di mana batang dan gagang pada massa tertentu diabaikan, nilai massa dari kepala stik akan menjadi acuan pehitungan gaya dorong.
m = ρ x V
Nilai gaya dorong (F) stik dapat diperoleh dari perhitungan massa (m) dikali dengan percepatan (a). Dapat dihitung dengan persamaan:
F = m x a
2.4 Data primer permainan golf
Kecepatan bola golf lebih tinggi dari pada kecepatan kepala stik pada saat impak. Cochran dan Stobbs (1968)[2] melaporkan bahwa pegolf dunia mempunyai kecepatan club 272,2 m/s.
Jurnal
e
-Dinamis, Volume.9, No.1 Juni 2014 ISSN 2338-103577 Kecepatan ini sama dengan 160,9 km/h.
Kecepatan bola selanjutnya adalah 362 m/s. Perbedaan kecepatan ini diakibatkan karena massa bola yang lebih kecil. Fakta menunjukkan bahwa bola menjadi rata permukaannya pada saat impak, dan selama waktu 0,0005 detik kontak dengan bola elastis yang lepas dari kepala stik. Waktu kontak hampir sama untuk seluruh pukulan, bahkan untuk putting.
2.5 Material Stik Golf
Pada saat ini, material yang sedang dikembangkan untuk membuat stik golf adalah karet untuk pegangan, grafit untuk tangkai, dan titanium untuk kepala stik.
2.5.1 Grafit
Grafit adalah suatu modifikasi dari karbon dengan sifat yang mirip logam (penghantar panas dan listrik yang baik). Selain tidak cukup padat, grafit juga tidak terdapat dalam jumlah banyak di alam. Oleh karena itu, untuk keperluan peralatan teknik serta pembuatan elektroda, grafit harus dibuat secara sintetik. Pembuatan grafit alam atau grafit yang dibuat dari kokas diperkecil ukurannya, dicampur dengan ter atau resin sintetik, kemudian dipanaskan sehingga membentuk padatan (sintering) dalam 105 cetakan. Pada proses tersebut, bahan-bahan aditif terbakar menjadi arang. Pemanasan yang dilakukan sekali lagi sampai temperatur 3000°C akan menghasilkan lebih banyak grafit (grafit elektro). Untuk alat-alat seperti penukar panas, setelah pemanasan, grafit perlu diberi bahan aditif impregnasi (misalnya dempul dan serbuk grafit). Setelah proses impregnasi, ketahanan temperaturnya turun menjadi 165°C[3] .
2.5.2 Titanium
Titanium adalah sebuah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki simbol Ti dan nomor atom 22. Titanium merupakan logam transisi yang ringan, kuat, berkilau, tahan korosi (termasuk
tahan terhadap air
laut dan klorin dengan warna putih-metalik-keperakan. Titanium digunakan dalam alloy kuat dan ringan (terutama dengan besi dan aluminum) dan
merupakan senyawa
terbanyaknya, titanium dioksida, digunakan dalam pigmen putih. Titanium
dihargai lebih mahal
daripada emas karena sifat-sifat logamnya[4[.
2.6 Pengujian Stik Golf
Pengujian klub dianjurkan untuk menjaga kualitas terhadap pesaing di pasar yang sama dengan produk anda. Panjang dan berat ayunan juga harus dipertimbangkan. Pengujian terdiri dari membandingkan klub dengan menekan masing-masing pada kaki, pusat dan tumit klub. Off Data hit center
memberikan informasi mengenai hilangnya jarak dan akurasi. Selain itu, data ini dapat memberikan informasi tentang bobot dari klub dan efek gigi nya. Pengujian poros merupakan bagian penting dari pengujian bobot. Melalui pengujian poros, dapat membandingkan manfaat dari berbagai jenis bahan.
2.7 Ayunan Bandul Sederhana
Pada gambar 3 ditunjukkan gerakan yang terjadi pada bandul sederhana.
Ketika beban digantungkan pada ayunan dan tidak diberikan maka benda akan dian dititik keseimbangan B. Jika beban ditarik ke titik A dan dilepaskan, maka beban akan bergerak ke B, C, lalu kembali lagi ke A.
Gerakan beban akan terjadi berulang secara periodik, dengan kata lain beban pada ayunan di atas melakukan gerak harmonik sederhana. Bandul adalah benda yang terikat pada sebuah tali dan dapat berayun secara bebas dan periodik yang menjadi dasar kerja dari sebuah jam dinding kuno yang mempunyai ayunan. Dalam bidang fisika, prinsip ini pertama kali ditemukan pada tahun 1602 oleh Galileo Galilei, bahwa perioda (lama gerak osilasi satu ayunan, T) dipengaruhi oleh panjang tali dan percepatan gravitasi. Gerak osilasi (getaran) yang populer adalah gerak osilasi pendulum (bandul). Pendulumsederhana terdiri dari seutas tali ringan dan sebuah bola kecil (bola
pendulum) bermassa m
yangdigantungkan pada ujung tali, gaya gesekan udara kita abaikan dan massa tali sangat kecil sehingga dapat diabaikan relatif terhadap bola. Dengan bandul pun kita dapat mengetahui grafitasi di tempat bandul tersebut diuji. Bandul sederhana adalah sebuah benda kecil, biasanya benda berupa bola pejal, digantungkan pada seutas tali yang massanya dapat diabaikan dibandingkan dengan massa bola dan panjang bandul sangat besar. Ujung tali lain digantungkan pada suatu penggantung yang tetap, jika bandul diberi simpangan kecil, dan kemudian dilepaskan, bandul akan berosilasi (bergetar) di antara dua titik, misalnya titik A danB, dengan periode T yang tetap. Seperti sudah dipelajari pada percobaan mengenai, getaran, satugetaran (1 osilasi) didefinisikan sebagai gerak bola dari A ke B dan kembali ke A, atau dari B ke A dan kembali ke B, atau gerak dari titik A ke B dan kembali ke titik O. Ada beberapa parameter (atau variabel) pada bandul, yaitu periodenya (T), ), massa bandul (m),dan simpangan sudut (O) panjangnya (l)[5].
Ketika beban digantungkan pada ayunan dan tidak diberikan maka benda akan dian dititik keseimbangan B. Jika dilepaskan, maka beban akan bergerak ke B, C, lalu Gerakan beban akan terjadi berulang secara periodik, dengan kata lain beban pada ayunan di atas melakukan gerak harmonik sederhana. Bandul adalah benda yang terikat pada dapat berayun secara periodik yang menjadi dasar kerja dari sebuah jam dinding kuno yang mempunyai ayunan. Dalam bidang fisika, prinsip ini pertama kali ditemukan tahun 1602 oleh Galileo bahwa perioda (lama gerak , T) dipengaruhi oleh panjang tali dan percepatan gravitasi. Gerak osilasi (getaran) yang populer adalah gerak osilasi pendulum (bandul). Pendulumsederhana terdiri dari seutas bola kecil (bola
pendulum) bermassa m
da ujung tali, gaya gesekan udara kita abaikan dan massa tali sangat kecil sehingga dapat diabaikan relatif terhadap bola. Dengan bandul pun kita dapat mengetahui bandul tersebut diuji. Bandul sederhana adalah sebuah benda nya benda berupa bola pejal, digantungkan pada seutas tali yang massanya dapat diabaikan dibandingkan dengan massa bola dan panjang bandul sangat besar. Ujung tali lain digantungkan pada suatu penggantung yang tetap, jika bandul diberi simpangan kemudian dilepaskan, bandul berosilasi (bergetar) di antara dua titik, misalnya titik A danB, dengan periode T yang tetap. Seperti sudah dipelajari pada percobaan mengenai, getaran, satugetaran (1 osilasi) didefinisikan sebagai gerak bola dari A A, atau dari B ke A dan kembali ke B, atau gerak dari titik A ke B dan kembali ke titik O. Ada beberapa parameter (atau variabel) pada bandul, yaitu periodenya (T), ), massa bandul (m),dan simpangan sudut
3.METODE PENELITIAN
3.1 Pemodelan Stik Golf Wilson
Pemodelan stik golf dibuat menggunakan autodesk inventor Autodesk inventor adalah software yang dapat digunakan untuk mendesain benda 2D atau 3D yang lebih kompleks[6].
(a)
(b)
(c)
Gambar 4 Kepala stik(a) Pegangan stik (b), batang stik (c)
3.2 Distribusi Tegangan
Untuk mengetahui distribusi tegangan (respon) yang terjadi pada stik golf setelah terjadi pengimpakan, terlebih dahulu harus mengetahui dan membuat simulasi menggunakan software ansys 14.0. Ansys 14.0
78
Wilson
stik golf dibuat autodesk inventor.
software cad yang dapat digunakan untuk mendesain benda 2D atau 3D yang lebih
stik(a) Pegangan stik
mengetahui distribusi tegangan (respon) yang terjadi pada stik golf setelah terjadi pengimpakan, terlebih dahulu harus mengetahui dan membuat simulasi menggunakan Ansys 14.0 adalah
Jurnal
e
-Dinamis, Volume.9, No.1 Juni 2014 ISSN 2338-103579 software analisa yang dapat
menyelesaikan problem mechanical[7].
3.2.1 Simulasi
Setelah selesai didesain di autodesk inventor, hasil redesain di import ke ansys 14.0 untuk disimulasikan.
Dari analisa respon yang dilakukanini kita dapat menentukan nilai tegangan tertinggi dan terendah yang terjadi.
3.3 Mengetahui Penyebab Kerusakan pada stik golf
Setelah hasil simulasi distribusi tegangan sudah diperoleh kita dapat mengetahui penyebab kerusakan yang terjadi pada stik golf, berdasarkan hasil simulasi.
4.HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Distribusi Tegangan Pada stik Golf
4.1.1 Hasil Simulasi
Dari simulasi dapat diketahui tegangan maksimum yang terjadi adalah 1.5866e9 Pa. Tegangan maksimum terletak pada sambungan antara pemukul stik dengan batang, tegangan juga tejadi pada batang stik. Terlihat batang stik mengalami deformasi atau perubahan bentuk pada saat terjadi pengimpakan. Distribusi tegangan dapat dilihat pada gambar 5.
(a)
Gambar 5 (a)Hasil simulasi tegangan
(b)
Gambar 5 (b)tegangan maksimum
Pada tabel 1 ditunjukkan nilai tegangan yang terjadi selama pengimpakan.
Tabel 1 Nilai tegangan selama pengimpakan Time [s] Minimum [Pa] Maximum [Pa] 1.1755e-038 0. 0. 2.5e-005 3.884e+008 5.e-005 4.8004e+008 7.5e-005 3.1032e+008 1.e-004 1.4999e+008 1.25e-004 1.0914e+008 1.5e-004 1.5953e+008 1.75e-004 1.7883e+008 2.e-004 9.5576e+008 2.0796e-004 1.5866e+009
Dari tabel, kita dapat melihat perbedaan nilai tegangan yang terjadi sebelum dan sesudah pengimpakan. Sehingga kita dapat memperoleh grafik antara nilai tegangan dan waktu impak, seperti ditunjukkan pada gambar 6.
80 Gambar 6 Grafik antara nilai tegangan
dan waktu impak.
4.1.2 Ditribusi Tegangan Pada Stik Golf
Untuk melihat distribusi tegangan pada stik golf, dapat diambil sampel elemen pada setiap bagian stik golf. Sampel yang di ambil sebanyak 10 sampel yang mewakili setiap bagian. Berikut 10 sampel yang di ambil dari bagian stik golf, seperti ditunjukkan pada gambar 7.
(a)
(b)
Gambar 7 Sampel elemen pada (a) batang dan (b) kepala stik
Pada tabel 2 akan ditunjukkan distribusi tegangan untuk setiap sampel elemen yang ada pada komponen stik golf wilson ini.
Tabel 2 Distribusi tegangan untuk setiap elemen
Elemen tegangan maksimum (Gpa)
1 0 2 0.70514 3 0 4 0.88143 5 1.5866 6 0.88143 7 0 8 0 9 0 10 0
Dari tabel 2 diperoleh grafik distribusi tegangan seperti yang ditunjukkan pada gambar 8.
Gambar 8 Grafik distribusi tegangan -0.5 0 0.5 1 1.5 2 0 10 20
tegangan
maksimum (Gpa)
teganga n maksim um (Gpa) elemen teganganJurnal
e
-Dinamis, Volume.9, No.1 Juni 2014 ISSN 2338-103581
4.2. Penyebab Kerusakan yang terjadi Pada Stik Golf Wilson
Berdasarkan hasil simulasi, diperoleh nilai tegangan terbesar, 1,5866 Gpa, terjadi pada batang stik, tepatnya pada bagian atas sambungan antara kepala dan batang stik. Teganga besar ini lah yang menyebabkan kerusakan yang terjadi pada stik, bila tegangan ini terjadi berulang-ulang.
5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan
Dari hasil simulasi dapat disimpulkan bahwa:
1. Dari hasil simulasi pada permukaan pemukul stik golf wood diperoleh distribusi tegangan dengan nilai yang berbeda untuk setiap sampel elemen yang diambil. Tegangan maksimum terletak pada bagian atas sambungan antara pemukul stik dengan batang, Tegangan juga tejadi pada batang stik. Terlihat batang stik mengalami deformasi atau perubahan bentuk pada saat terjadi pengimpakan.
2. Berdasarkan hasil simulasi, diperoleh nilai tegangan terbesar, 1,5866 Gpa, terjadi pada batang stik, tepatnya pada bagian atas sambungan antara kepala dan batang stik. Tegangan besar ini
lah yang menyebabkan
kerusakan yang terjadi pada stik, bila tegangan ini terjadi berulang-ulamg.
5.2 Saran
1. Departemen Teknin Mesin
menyediakan sarana (perangkat komputer) khusus untuk simulasi agar mahasiswa dapat terbantu bila akan melakukan penelitian seperti ini lagi.
2. Penelitian ini haru menggunakan perangkat komputer yang memiliki
spesifikasi tinggi untuk
mempermudah simulasi.
3. Mahasiswa yang ingin melanjutkan penelitian ini, dapat mengembangkan simulasi dengan memvariasikan material stik.
DAFTAR PUSTAKA
[1]Wikipedia, 2012. Sejarah Golf. http://id.wikipedia.org/wiki/Sejarah_go lf [20 Maret 2012].
[2] Cochran and Stobbs, 1968.The Search for My Perfect Swing.
[3]Wikipedia, 2012. Grafit. http://id.wikipedia.org/wiki/Grafit [20 Maret 2012]. [4]Wikipedia, 2012. Titanium. http://id.wikipedia.org/wiki/Titanium [20 Maret 2012].
[5] William, Thomson. 1986. Teori Getaran Dengan Penerapan. Jakarta :Erlangga.
[6] Curtis,Waguespack and Loren Jaharus, 2010. Mastering Autodesk Inventor 2010. Indiana: Willey Publishing.
[7] Ifrc, Team, 2012. Modul Workshop on The Application of Ansys for Engineering Problems. Medan: IFRC.
![Tabel 1 Nilai tegangan selama pengimpakan Time [s] Minimum [Pa] Maximum [Pa] 1.1755e-038 0](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/4131732.3066846/5.918.252.353.765.1022/tabel-nilai-tegangan-pengimpakan-time-minimum-pa-maximum.webp)
![Daya melarutkan fraksi air dan etil asetat daun pandan wangi [Pandanus amaryllifolius Roxb] terhadap kalsium batu ginjal secara in vitro.](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)