BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tinjauan Umum
Pada penelitian ini dilakukan re-desain marka kerucut, oleh karena itu perlu diketahui tentang dasar-dasar desain suatu produk. Desain produk merupakan proses pengembangan konsep awal untuk mencapai permintaan dan kebutuhan dari konsumen. Suatu desain produk yang baik dapat mendorong pengembangan yang sukses. Suatu desain didasarkan kepada kelebihan produk, kepraktisan dari perakitan, ongkos pabrikasi, pemasaran dan faktor kombinasi apakah desain produk tersebut memenuhi persyaratan yang dibutuhkan pelanggan.
Ada beberapa pendekatan dasar dari proses desain : untuk memperkecil pemakaian material; untuk mendaur ulang; karena tidak sesuai; karena re- manufacturing; alasan memperkecil bahan dengan resiko tinggi; efisiensi yang tinggi; dan untuk mencapai regulasi standar.
Proses generasi konsep dimulai dengan spesifikasi target dan kebutuhan pelanggan sehingga konsep produk tersebut menghasilkan suatu pemilihan akhir yang baik.
2.2. Polimer
Istilah polimer pertama kali digunakan oleh kimiawan dari Swedia, Berzelius (1833). Berkembangnya industri polimer ini diawali ketika Charles Goodyear dari Amerika Serikat berhasil menemukan vulkanisasi pada tahun 1839.
Polimer adalah salah satu bahan rekayasa bukan logam (non-metallic material)
substitusi untuk logam terutama karena sifat-sifatnya yang ringan, tahan korosi, dan murah, khususnya untuk aplikasi-aplikasi pada temperatur rendah.
Polimer tersusun atas perulangan monomer menggunakan ikatan kimia tertentu. Ukuran polimer dinyatakan dalam massa (massa rata-rata ukuran molekul dan jumlah rata-rata ukuran molekul) dan tingkat polimerisasi, sangat mempengaruhi sifatnya, seperti suhu cair dan viskositasnya terhadap ukuran molekul (misal seri hidrokarbon).
Karakteristik umum polimer :
1. Densitas yang rendah, dibandingkan dengan logam dan keramik.
2. Rasio kekuatan terhadap berat (strength to weight) yang baik untuk beberapa jenis polimer.
3. Ketahanan korosi yang tinggi.
4. Konduktivitas listrik dan panas yang rendah.
Keterbatasan polimer sebagai material rekayasa :
1. Kekuatan yang relatif lebih rendah daripada logam dan keramik.
2. Kekakuan yang rendah.
3. Temperatur penggunaan terbatasi hanya beberapa ratus derajat celcius saja.
4. Perilaku viskolastis, merupakan keterbatasan khusus dalam aplikasi struktur penanggung beban.
Berdasarkan kriteria material rekayasa, polimer dikelompokkan menjadi 3 kategori yaitu :
1. Termoplastik
Termoplastik yaitu polimer yang bisa mencair dan melunak. Hal ini disebabkan karena polimer - polimer tersebut tidak berikatan silang (linier atau bercabang) biasanya bisa larut dalam beberapa pelarut. Karakteristik ini menyebabkan termoplastik mudah dan ekonomis difabrikasi menjadi beragam bentuk. Contoh polimer termoplastik adalah : Polyethylene (PE), polyvinylchloride (PVC), polypropylene (PP), polystyrene (PS), dan nylon.
2. Termoset
Termoset yaitu polimer yang tidak mau mencair atau meleleh jika dipanaskan. Polimer - polimer termoset tidak bisa dibentuk dan tidak dapat larut karena pengikatan silang, menyebabkan kenaikan berat molekul yang besar.
Contoh polimer termoset adalah : Fenol-formaldehida, Urea-formaldehida, Poliester tak jenuh, Epoksi, Melamin-formaldehida.
3. Elastomer
Elastomer yaitu material yang mampu memanjang secara elastis ketika dikenakan tegangan mekanis yang lebih rendah. Contoh polimer elastomer adalah : vulcanized natural rubber, Styrene-Butadiene (SBR), Nitrile butadiene rubber (NBR), Silicone rubber.
2.3. Teori Ayunan bola bandul
Dengan pendekatan empiris dengan asumsi sebuah bandul, dengan massa m diikiatkan pada sebuah tali dengan panjang L. Kemudian masssa ini ditarik
kesamping sehingga tali membentuk sudut θ0 dengan sudut vertikal dan dilepas dari keadaan diam.
Gambar 2.1. Prinsip ayunan bola bandul.
Kedua gaya yang bekerja pada beban (dengan mengabaikan hambatan udara) adalah gaya gravitasi mg, yang bersifat konservatif, dan tegangan T, yang tegak lurus terhadap gerakan dan karena itu tidak melakukan kerja. Oleh karena itu, dalam persoalan ini energi mekanik sistem beban-bumi adalah kekal.
Kita pilih energi potensial gravitasi bernilai nol didasar ayunan. Semula beban berada pada ketinggian h didasar ayunan dan diam. Energi kinetiknya bernilai nol dan energi potensial sistem bernilai mgh. Jadi energi total awal dari sistem adalah :
mgh Ui
Ki
Ei 0
Ketika bandul berayun turun, energi potensial berubah menjadi energi kinetik. Maka energi akhir dari dasar ayunan menjadi :
2 2
2 0 1 2
1mv mv
Uf Kf
Ef
Selanjutnya kekekalan energi memberikan :
mgh mv
Ei Ef
2
2 1
Untuk mendapatkan kelajuan yang dinyatakan dalam sudut awal θ0, harus dihubungkan h dengan θ0. Jarak h berhubungan dengan θ0 dan panjang bandul L melalui :
) cos 1 (
cos0 0
L L L
h
Sehingga kelajuan didasar bandul didapat dari : ) cos 1 ( 2
2 0
2 gh gL
v
2.4 Impuls dan Momentum 2.4.1 Impuls
Impuls didefinisikan sebagai gaya yang bekerja dalam waktu singkat.
Secara matematis ditulis : I = F.Δt = F (t2-t1) Dimana : I = Impuls (Ns)
F = Gaya (N)
Δt = selang waktu (s)
Ketika terjadi tumbukan, gaya biasanya melonjak dari nol pada saat kontak menjadi nilai yang sangat besar dalam waktu yang sangat singkat, dan kemudian dengan drastis kembali ke nol lagi. Selang waktu Δt biasanya cukup nyata dan
Gambar 2.2 Grafik Gaya vs Waktu 2.4.2 Momentum
Momentum adalah ukuran kecenderungan benda untuk terus bergerak.
Momentum merupakan ukuran mudah atau sukarnya suatu benda mengubah keadaan geraknya (mengubah kecepatannya, diperlambat atau dipercepat)
Secara matematis ditulis : P = m.v
Dimana : P = Momentum benda (kgms-1) m = massa benda yang bergerak (kg) v = kelajuan benda ( ms-1)
Sesuai dengan Hukum II Newton :
1 2
1
. 2
m F
a . m F
t t
v v
p I
1
2 m.v
v . m I
Δv . m Δt . F
Δt .Δv m F
Sehingga Impuls merupakan perubahan momentum.
2.5 Kesetimbangan
Benda dikatakan mencapai kesetimbangan jika benda tersebut dalam keadaan diam/statis atau dalam keadaan bergerak beraturan/dinamis.
Ditinjau dari keadaannya, kesetimbangan terbagi dua, yaitu:
1. Kesetimbangan Translasi (a = 0) v = 0 (statis) ; v = konstan (dinamis)
∑ F = 0
∑ Fx = 0 ; ∑ Fy = 0
2. Kesetimbangan Rotasi (alpha = 0) w = 0 (statis) ; w = konstan (dinamis)
∑ = 0 pilih pada suatu titik dimana gaya-gaya yang bekerja terbanyak Macam Kesetimbangan Statis :
1. Kesetimbangan Stabil : setelah gangguan, benda berada pada posisi semula.
2. Kesetimbangan Labil : setelah gangguan, benda tidak kembali ke posisi semula.
3. Kesetimbangan Indiferen (netral) : setelah gangguan, titik berat tetap benda tetap pada satu garis lurus seperti semula.
2.6. MSC/NASTRAN 4.5
Metode Elemen Hingga (MEH) yang digunakan untuk menganalisa struktur diselesaikan dengan bantuan NASTRAN, suatu paket program yang dikembangkan di Amerika Serikat oleh National Aeronautics and Space Administration (NASA). Perangkat Schwendler Corporation adalah program analisa elemen hingga untuk analisa tegangan (stress), getaran (vibration), dan perpindahan panas (heat transfer) dari struktur dan komponen mekanika. Dengan
MSC/NASTRAN, kita dapat mengimport geometri CAD (Computer Aided Design) atau dengan membuat geometri sendiri dengan MSC/NASTRAN.
Mesh, dapat dibuat dengan banyak metode: secara manual sampai automatis. Pemakaian material dan penentuan sifat material dapat dibuat atau dipilih dari MSC/NASTRAN’s libraries. Demikian juga banyak tipe kondisi batas dan kondisi pembebanan dapat diterapkan.
Analisa tegangan dengan metode elemen hingga dapat memecahkan beberapa kasus banyak menggunakan pendekatan prosedur dua dimensi. Prosedur dua dimensi digunakan karena praktis lebih mendekati, dan modelnya lebih sederhana. Pada kasus yang sebenarnya analisa tiga dimensi yang banyak digunakan karena analisa tegangan tiga dimensi dengan metode elemen hingga mendekati masalah yang sebenarnya.
Kajian numerik yang umum digunakan dilakukan dengan dua cara yaitu dengan beda hingga dan elemen hingga. Beda hingga (finite difference) dilakukan dengan mendiskretisasi persamaan differensial. Metode ini memiliki kelemahan utama yaitu syarat-syarat batasnya sangat susah dipenuhi. Kelemahan yang lain adalah akurasi hasil perhitungan yang relatif rendah. Kajian elemen hingga adalah analisis pendekatan yang berasumsi peralihan atau asumsi tegangan atau berdasarkan kombinasi keduanya pada setiap elemennya.
Mesh dapat dibuat dengan berbagai metode yaitu Generate Between, Generate Region, On Geometry, Boundary Mesh, dan Transition. Material dan sifat material dapat dibuat atau dipilih dari MSC/NASTRAN libraries.
MSC/NASTRAN juga dapat menampilkan secara grafik setiap langkah proses
modelling dan masih banyak lagi keunggulan dan kemudahan yang disediakannya.
2.7 Kerangka Konsep Penelitian
Gambar 2.3. Kerangka Konsep Penelitian Permasalahan:
Stabilitas marka kerucut masih rendah.
Melakukan pengujian stabilitas marka kerucut dengan penambahan 4 mortar pada base menggunakan teknik uji bandul.
Beban impak yang diperoleh dengan menggunakan teknik uji bandul dengan variasi jarak l0 dan x0.
Peneliti melihat, membandingkan dan menghitung hasil akhir.
Variabel yang dibutuhkan :
1. ∆h dengan variasi jarak l0 dan x0.
2. ∆u dengan variasi jarak l0 dan x0.
Hasilnya :
a. Mengetahui respon marka kerucut re- desain yang dikenai beban impak dengan menambahkan mortar pada base.
b. Mendapatkan energi impak minimum untuk menjatuhkan marka kerucut re- desain.
c. Mengetahui distribusi tegangan yang terjadi pada marka kerucut dengan
menggunakan software MSc. NASTRAN 4.5.
