5
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Sistem Bullbar
Bullbar merupakan sebuah alat pengaman atau bagian mobil yang berada di depan dan di belakang paling luar pada sebuah mobil. Bentuk dan macam bullbar pada mobil sangat bervariasi, tergantung jenis dan model mobil tersebut.
Kegunaanya sendiri adalah untuk mendapatkan perlindungan pada bagian depan mobil terutama pada bagian mesin dan lain lain. Bulbar terkadang menggunakan platform tambahan seperti lampu sorot dan winch, antena radio untuk tambahan pada bagian bullbar. Untuk fitur keselamatan, bulbar sendiri digunakan sebagai pengaman tambahan, desain bulbar sendiri sekarang mengalami kemajuan sehingga beberapa produsen kendaraan dan perusahaan aftermarket menawarkan impact bars yang terintegrasi dengan system keselamatan kendaraan, seperti aktivasi airbag saat terkena impak.
Gambar 1. Ilustrasi bullbar besi mobil (Sumber: https://www.google.co.id)
Fungsi bullbar untuk melindungi mobil dari benturan dari arah depan, pemakaiannya pun juga awalnya akrab digunakan untuk kendaraan dengan kebutuhan tertentu. Seperti untuk keperluan pertambangan, perkebunan atau off road. Sehingga, bullbar memiliki konstruksi heavy duty. Ada beberapa faktor yang harus dipertimbangkan dalam memilih sebuah bumper untuk mobil. Faktor yang paling penting adalah kemampuan sistem bumper untuk menyerap energi yang cukup untuk memenuhi original equipment manufacturers (OEMs) internal agar dapat memenuhi syarat sebagai bullbar standar.
Gambar 2. Bullbar pada land rover discovery
(Sumber: https://www.google.co.id)
1. Bullbar
Bumper bullbar didesain untuk memenuhi beberapa persyaratan misalnya kegunaan, keamanan maupun estetika sehingga mampu menarik konsumen.
Ukuran dan bentuknya sangat beragam, dan biasanya terdiri dari pipa baja atau aluminium yang dilas, atau, saat ini, bahan polikarbonat dan polietilen yang dicetak.
2. Penyerap Energi
Energi peredam yang dirancang untuk menyerap sebagian dari energi kinetik dari tabrakan kendaraan. Peredam energi sangat efektif dalam dampak kecepatan rendah. Jenis penyerap energi termasuk perangkat mekanis. Dalam beberapa sistem bullbar, balok penguat itu sendiri dirancang untuk menyerap energi dan peredam energi terpisah tidak diperlukan.
3. Penguatan Beam
Balok penguat adalah komponen kunci dari sistem bullbar. Balok Penguatan membantu menyerap energi kinetik dari tabrakan.Masalah desain untuk penguatan balok meliputi kekuatan, manufakturabilitas, berat, daur ulang dan biaya.
Penampang balok dari proses roll bentuk kotak, C atau saluran, dan topi.
Finite Element Method (FEM) atau biasanya disebut Finite Element Analysis (FEA), adalah prosedur numeris yang dapat dipakai untuk menyelesaikan masalah- masalah dalam bidang rekayasa (engineering), seperti analisa tegangan pada struktur, frekuensi pribadi dan mode shape-nya, perpindahaan panas, elektromagnetis, dan aliran fluida (Moaveni).
2.2 Bahan Alumunium
2.2.1 Material Alumunium
Aluminium diambil berasal dari bahasa Latin: alumen, alum. Orang-orang Yunani serta Romawi antik memakai aluminium menjadi cairan penutup pori-pori serta bahan penajam proses pewarnaan. pada tahun 1787, Lavoisier menduga bahwa unsur ini artinya Oksida logam yang belum ditemukan. di tahun 1761, de Morveau mengajukan nama alumineuntuk basa alum. di Tahun 1827, Wohler disebut menjadi ilmuwan yg berhasil mengisolasi logam ini. di 1807, Davy memberikan proposal buat menamakan logam ini Aluminum, walau di akhirnya sepakat untuk merubahnya dengan Aluminium.Nama yang terakhir ini sama menggunakan nama banyak unsur lainnya yang berakhir menggunakan “ium”.
Aluminium ditemukan di tahun 1825 oleh Hans Christian Oersted. Baru diakui secara absolut oleh F. Wohlerpada tahun 1827. sumber unsur ini tidak terdapat bebas, bijih utamanya artinya bauksit. Penggunaan Aluminium diantaranya buat pembuatan kabel, kerangka kapal terbang, kendaraan beroda empat serta aneka macam produk peralatan rumah tangga. Senyawanya bisa digunakan sebagai obat, penjernih air, fotografi serta menjadi ramuan cat, bahan pewarna, ampelas dan permata sintesis.Aluminium murni merupakan logam yang lunak, tahan lama , ringan, dan bisa ditempa dengan penampilan luar bervariasi antara keperakan sampai abu- abu, tergantung kekasaran permukaannya. Kekuatan tarik Aluminium murni adalah 90MPa, sedangkan aluminium paduan memiliki kekuatan tarikberkisar hingga600 MPa. Aluminium mempunyai berat lebih kurang satu pertiga baja, mudah ditekuk, diperlakukan dengan mesin, dicor, ditarik (drawing), serta diekstrusi.
Lapisan Aluminium Oksida waktu Aluminium terpapar dengan udara bebas. Lapisan Aluminium Oksida ini mencegah terjadinya oksidasi lebih jauh Dalam keadaan murni aluminium terlalu lunak,terutama kekuatannya sangat rendah buat dapat digunakan pada berbagai keperluan teknik. menggunakan pemaduan ini bisa diperbaiki Jenis dan efek unsur-unsur paduan terhadap perbaikan sifat aluminium diantaranya:
1. Silikon (Si) Dengan atau tanpa paduan lainnya silikon mempunyai ketahanan terhadap korosi. Bila bersama aluminium ia akan mempunyaikekuatan yang tinggi setelah perlakuan panas, tetapi silikon mempunyai kualitas pengerjaan mesin yang jelek, selain itu jugamempunyai ketahanan koefisien panas yang rendah.
2. Tembaga (Cu) Dengan unsur tembaga pada aluminium akan meningkatkan kekerasannya dan kekuatannya karena tembaga bisa memperhalus struktur butir dan akan mempunyai kualitas pengerjaan mesin yangbaik, mampu tempa, keuletan yang baik dan mudah dibentuk.
3. Magnesium (Mg) Dengan unsur magnesium pada aluminium akan mempunyai ketahanan korosi yang baik dan kualitas pengerjaan mesin yangbaik, mampu las serta kekuatannya cukup.
4. Nikel (Ni) Dengan unsur nikel aluminium yang dapat bekerja pada temperature yang tinggi sekalipun , semisalnya piston dan silinder head untuk motor.
5. Mangan (Mn) Dengan unsur mangan aluminium yang sangat mudah dibentuk, tahankorosi baik, itu sifat dan mampu lasnya baik.
6. Seng (Zn) Mayoritas seng ditambahkan bersama-sama dengan unsur tembagadalam prosentase kecil. Dengan penambahan ini akanmeningkatkan sifat-sifat mekanik pada perlakuan panas, juga kemampuan mesin.
7. Ferro (Fe) Penambahan ferro dimaksud untuk mengurangi penyusutan, tapi penambahan ferro (Fe) yang besar akan menyebabkan struktur perubahan butir yang kasar namun hal ini dapat diperbaiki denganMg atau Cr.
8. Titanium (Ti) Penambahan titanium di aluminium dimaksud buat menerima struktur butir yang halus. umumnya penambahan berbarengan dengan Cr dalam prosentase 0,1%, titanium pula dapat meningkatkan mampu mesin.
2.2.2 Klasifikasi penggolongan Aluminium 1. Aluminium Murni
Aluminium 99% tanpa tambahan logam paduan apapun serta dicetak pada keadaan biasa, biasanya hanya memiliki kekuatan tensil sebanyak 90 MPa, terlalu lunak buat penggunaan yang luas sebagai akibatnya seringkali aluminium dipadukan dengan logam lain.
2. Aluminium paduan
Elemen paduan yang umum digunakan di aluminium adalah silikon, magnesium, tembaga, seng, mangan, serta jua lithium sebelum tahun 1970. Secara umum , penambahan logam paduan hingga konsentrasi tertentuakan menaikkan kekuatan tensil dan kekerasan, serta menurunkan titik lebur. Bila melebihi konsentrasi tadi, umumnya titik lebur akan naik disertai meningkatnya kerapuhan dampak terbentuknya senyawa, kristal, atau granula dalam logam. tetapi, kekuatan bahan paduan aluminium tidak hanya bergantung di konsentrasi logam paduannya saja, tetapi juga bagaimana proses perlakuannya sampai aluminium siap digunakan, apakah menggunakan penempaan, perlakuan panas, penyimpanan, dan sebagainya. Kelemahan aluminium paduan adalah di ketahanannya terhadap lelah (fatigue).
Aluminium paduan tidak memiliki batas lelah yang dapat diperkirakan seperti baja, yg berarti failure dampak fatik dapat muncul dengan tiba- tiba bahkan di beban siklik yang kecil
2.2.3 Sifat mekanik Aluminium
Adapun sifat-sifat mekanik dari aluminium adalah sebagai berikut:
1. Kekuatan tarik
Kekuatan tarik ialah besar tegangan yang dihasilkan ketika dilakukan pengujian tarik. Kekuatan tarik ditunjukkan oleh nilai tertinggi dari tegangan di kurva tegangan-regangan hasil pengujian, serta umumnya terjadi ketika terjadinya necking. Kekuatan tarik bukanlah ukuran kekuatan yang sebenarnya dapat terjadi pada lapangan, tetapi dapat dijadikan menjadi suatu acuan terhadap kekuatan bahan. Kekuatan tarik pada aluminium murni pada banyak sekali perlakuan umumnya sangat rendah, yaitu kurang lebih 90 MPa, sehingga buat penggunaan yang memerlukan kekuatan tarik yang tinggi, aluminium perlu dipadukan. dengan dipadukan dengan logam lain, ditambah menggunakan berbagai perlakuan termal, aluminium paduan akan memiliki kekuatan tarik sampai 600 Mpa (paduan 7075).
2. Kekerasan
Kekerasan gabungan dari berbagai sifat yg ada dalam suatu bahan yang mencegah terjadinya suatu deformasi terhadap bahan tersebut waktu diaplikasikan suatu gaya. Kekerasan suatu bahan dipengaruhi oleh elastisitas, plastisitas, viskoelastisitas, kekuatan tarik, ductility, serta sebagainya. Kekerasan dapat diuji serta diukur dengan berbagai metode. yang paling umum ialah metode Brinnel, Vickers, Mohs, dan Rockwell. Kekerasan bahan aluminium murni sangatlah kecil, yaitu kurang lebih 20 skala Brinnel, sebagai akibatnya menggunakan sedikit gaya saja dapat mengubah bentuk logam. untuk kebutuhan aplikasi yang membutuhkan kekerasan, aluminium perlu dipadukan menggunakan logam lain dan /atau diberi perlakuan termal atau fisik. Aluminium dengan 4,4% Cu serta diperlakukan quenching, lalu disimpan di temperatur tinggi bisa memiliki taraf kekerasan Brinnel sebesar 160.
3. Ductility (kelenturan)
Ductility didefinisikan sebagai sifat mekanis dari suatu bahan untuk menerangkan seberapa jauh bahan dapat diubah bentuknya secara plastis tanpa terjadinya retakan. Dalam suatu pengujian tarik, ductility ditunjukkan dengan bentuk neckingnya; material dengan ductility yang tinggi akan mengalami necking yang sangat sempit, sedangkan bahan yang memiliki ductility rendah, hampir tidak mengalami necking. Sedangkan dalam hasil pengujian tarik, ductility diukur dengan skala yang disebut elongasi. Elongasi adalah seberapa besar pertambahan panjang suatu bahan ketika dilakukan uji kekuatan tarik. Elongasi ditulis dalam persentase pertambahan panjang per panjang awal bahan yang diujikan.
4. Recyclability (daya untuk didaur ulang)
Aluminium adalah 100% bahan yang dapat didaur ulang tanpa penurunan dari kualitas awalnya, peleburannya memerlukan sedikit energi, hanya sekitar 5% dari energi yang diperlukan untuk memproduksi logam utama yang pada awalnya diperlukan dalam proses daur ulang.
5. Reflectivity (daya pemantulan)
Aluminium adalah reflektor yang baik dari cahaya serta panas, dan dengan bobot yang ringan, membuatnya ideal untuk bahan reflektor misalnya atap.
2.3 Metode Elemen Hingga
Menurut Choiron dkk (2014), perkembangan penggunaan MEH dimulai pada masa-masa perang dunia II. di tahun 1941, Hrennikoff dan McHenry memakai elemen satu dimensi berupa elemen garis, yang sekarang dikenal menjadi elemen batang, untuk menganalisa tegangan di suatu struktur. Selanjutnya, Courant mengenalkan interpolasi atau fungsi, serta metode kekakuan atau metode perpindahan baru dikembangkan pada tahun 1947 sang Levy. Metode ini sangat menjanjikan serta berguna buat analisa statika di struktur pesawat. pada masa-masa tadi dilakukan secara manual atau tanpa memakai indera bantu seperti pada masa ketika ini. MEH menjadi semakin populer untuk digunakan sesudah dikembangkannya prosesor kecepatan tinggi pada personal komputer .
pada tahun 1956 analisa 2 dimensi menggunakan MEH pertama kali yg dikenalkan oleh Tuner serta temannya. Mereka berhasil menurunkan matrik buat element truss, element batang, dan elemen-elemen untuk analisa kasus-masalah 2 dimensi mirip element segitiga serta segi empat pada syarat tegangan bisang.
Disamping itu, Tuner serta mitra-mitra mengenalkan prosedur yg dikenal menjadi metode kekakuan eksklusif ( direct stiffness method ) dan matrik kekakuan struktrur. beserta menggunakan perkembangan teknologi komputer, hasil kerja dari Tuner dkk menjadi pioner perkembangan persamaan kekakuan elemen sampai yang diekspresikan pada notasi matrik. kata metode elemen hingga pertama kali dikenalkan oleh Clough pada tahun 1960 ketika elemen-elemen segitiga serta segi empat digunakan buat analisa tegangan bidang (plane stress). Selanjutnya sejak itu dikembangkan elemen-elemen yg berbentuk 3 dimensi seperti tetrahedral.
umumnya sebagian besar perkembangan elemen hingga pada tahun 1960 an sinkron buat regangan serta perpindahan kecil pada perilaku material kenyal menggunakan beban statis. Meskipun demikian buat kasus penyimpangan yang besar dan analisa termal dikembangkan oleh Turner. Sedangkan buat kasus-kasus non linier dipelopori oleh Gallagher. Disamping itu, Gallagher dan Padlog juga berhasil mengembangkan MEH untuk memecahkan kasus-kasu bukling pada tahun
1963. Sedangkan untuk kasus viskoelastisitas dikembangkan oleh Zienkiewicz pada tahun 1968. Pada era 1970-an, dipelopori oleh Belytschko, MEH mampu menyelesaikan kasus-kasus pada struktur yang mengalami deformasi besar dan non linier. Hal ini meningkatkan kemampuan MEH untuk menyelesaikan problem-problem pada struktur. Semenjak awal perkembangan MEH sampai saat ini banyak mengalami kemajuan yang pesat, dan hampir semua analisa tegangan, defleksi dan deformasi di dalam perancangan struktur menggunakan metode MEH terutama untuk geometri dan kondisi beban yang komplek. Bahkan MEH sudah merupakan mata kuliah wajib yang harus ditempuh oleh mahasiswa yang belajar bidang rekayasa. Saat ini penggunaan dan penelitian MEH yang masih relatif baru adalah dalam bidang bioengineering. Dalam bidang ini penggunaan MEH masih menemukan banyak kesulitan seperti permodelan untuk material dan geometri yang non linier serta tingkat kompleksitas yang relatif lebih tinggi dibanding pada bidang rekayasa. Meskipun demikian saat ini banyak usaha dilakukan untuk meningkatkan kemampuannya dalam menyelesaikan masalah dalam berbagai bidang rekayasa.
Menurut Putra (2011), Finite element method (metode elemen hingga) atau FEM adalah salah satu metode numerik yang paling banyak dipakai di dunia engineering (sipil, mesin, penerbangan, mikroelektronik, bioengineering, material) dan diajarkan di dunia (baik akademika maupun industri). Usianya lebih dari 40 tahun, dan hingga kini masih tetap dipakai, bahkan makin disukai. Metode ini berusaha memecahkan partial differential equations dan persamaan integrasi lainnya yang dihasilkan dari hasil diskritisasi benda kontinum. Meski berupa pendekatan, metode ini dikenal cukup ampuh memecahkan struktur-struktur yang kompleks dalam analisis mekanika benda padat (solid mechanics) dan perpindahan panas (heat transfer). Biasanya matematikawan mencari closed-form solution untuk suatu kasus fisika, dan karena mentok mereka lalu memanfaatkan metode numerik ini untuk memecahkan kasusnya. Metode Elemen Hingga (Finite Element Method, FEM) adalah suatu metode numerik dengan tujuan memperoleh pemecahan pendekatan dari suatu persamaan diferensial parsial (Partial Differential Equation,
PDE). Meskipun cikal bakal teori FEM sudah ada sejak tahun 1940-an, baru pada tahun 1970-an metode ini dirumuskan secara formal. Pada awalnya metode ini digunakan dibidang teknik penerbangan untuk perhitungan kekuatan bangun-raga (structure) pesawat pada industri pesawat terbang. Tetapi dewasa ini FEM telah diterapkan dalam berbagai persoalan teknik: seperti struktur, dinamika fluida, perpindahan panas, akustik, maupun elektromagnetik.
Sedangkan menurut Mechanical Brother (2001), metode ini digunakan pada persoalan-persoalan rekayasa dimana exact solution/analytical solution tidak bisa menyelsaikannya. Inti dari FEM ialah membagi suatu benda yg akan dianalisa, menjadi beberapa bagian menggunakan jumlah hingga (finite). Bagian-bagian ini diklaim elemen yang tiap elemen satu menggunakan elemen lainnya dihubungkan menggunakan nodal (node). lalu dibangun persamaan matematika yang sebagai reprensentasi benda tersebut. Proses pembagian benda sebagai beberapa bagian diklaim meshing.
Untuk menggambarkan dasar pendekatan FEM perhatikan gambar 4. Gambar 4 adalah gambar sebuah plate yang akan dicari distribusi temperaturnya. Bentuk geometri plate di ”meshing” menjadi bagian-bagian kecil bentuk segitiga untuk mencari solusi yang berupa distribusi temperatur plate. Sebenarnya kasus ini dapat diselsaikan dengan cara langsung yaitu dengan persamaan kesetimbangan panas (heat balance equation). Namun untuk geomtri yang rumit seperti engine block diperlukan FEM untuk mencari distribusi temperatur.
Gambar 3. Meshing pada plate. Sumber: A First Course in Finite Elements.
Jacob Fish & Ted Belytschko
Langkah-langkah dasar dalam finite element analysis atau metode elemen hingga adalah sebagai berikut:
2.3.1 Processing Phase
• Membuat dan menentukan daerah yang akan diselesaikan menggunakan elemen hingga, kemudian menguraikan masalah menjadi nodal-nodal dan elemen-elemen.
• Mengasumsikan bentuk fungsi untuk menggambarkan sifat fisik dari sebuah elemen, yang merupakan pendekatan fungsi kontinyu yang diasumsikan untuk menggambarkan solusi dari sebuah elemen.
• Menyelesaikan persamaan untuk sebuah elemen
• Menyatukan elemen-elemen untuk menghadirkan keseluruhan masalah.
Membentuk matrik kekakuan global discretize.
• Terapkan kondisi batas, kondisi awal dan pembebanan.
2.3.2 Solution Phase
Memecahkan satu set persamaan aljabar linier atau non linier secara cepat buat mendapatkan akibat nodal seperti nilai perpindahan di nodal-nodal yg tidak selaras atau nilai temperatur di nodal-nodal yang berbeda dalam persoalan perpindahan panas
2.3.3 Postprocesssing Phase
Pada sesi ini kita akan mendapatkan informasi krusial lainnya. mirip nilai tegangan (stress) pada analisa statik, distribusi kecepatan mekanika fluida, distribusi temperatur dan lain-lain.
2.4 Sistem CATIA
Menurut Fikri (2007), CATIA (Computer Aided Three dimensional Interactive Application) adalah perangkat lunak komersial multi platform platform PLM / CAD / CAM / CAE yang telah dikembangkan oleh Dassault Systemes dan juga dipasarkan di seluruh dunia oleh IBM.
• Fitur dan Kemampuan CATIA
Biasa disebut sebagai rangkaian perangkat lunak Manajemen Siklus Produk 3D, CATIA mendukung berbagai tahap pengembangan produk tersebut. Tahapannya berkisar dari konseptualisasi, melalui desain (CAD) dan manufaktur (CAM), hingga analisis (CAE). CATIAmenyediakan arsitektur pengembangan terbuka melalui penggunaan antarmuka, yang dapat digunakan untuk menyesuaikan atau
mengembangkan aplikasi. Antarmuka pemrograman aplikasi yang didukung adalah sebagai berikut:
• Bahasa pemrograman Fortran dan C untuk versi 4 (V4).
• Bahasa pemrograman Visual Basic dan C ++ untuk versi 5 (V5).
API ini disebut sebagai CAA untuk V4 dan CAA2 (atau CAA V5) untuk V5. CAA2 adalah antarmuka berbasis komponen objek model (COM). Mereka menyediakan integrasi untuk produk yang dikembangkan pada rangkaian perangkat lunak CATIA. Meskipun versi selanjutnya dari CATIA V4 mengimplementasikan NURBS, versi 4 pada prinsipnya menggunakan permukaan polinomial piecewise.
CATIA V4 menggunakan mesin padat non-manifold.
CATIA dikembangkan di Perancis oleh Dassault buat proyek jet tempur.
saat ini penggunaan CATIA antara lain di industri pesawat terbang, otomotif, dan juga perkapalan. CATIA sudah berkembang ke dalam sebuah solusi PLM (product lifecycle management) serta mempertimbangkan standar industri (Manufakturblogspot, 2015).
Gambar 4. CATIA V5
(Sumber: teknikmesinmanufaktur.blogspot.com/2015/01/apa-itu-catia.html)
2.5 Pengaruh Suhu Lingkungan
Aluminium merupakan jenis material logam yang memiliki sifat ketahanan terhadap korosif yang baik dan sifat-sifat baik lainya. Aluminium merupakan logam putih, yang liat dan juga dapat ditempa. Bubuknya berwarna abu-abu. Aluminium melebur pada suhu 659°C. Bila terkena udara, objek-objek aluminium teroksidasi pada permukaannya, tetapi lapisan oksida ini melindungi objek dari oksida lebih lanjut (Vogel, 1937). Alumunium adalah logam lunak dengan kekuatan tarik kira- kira 100 N/mm2 . Aluminum memiliki massa jenis rendah yaitu 2,7x103 kg/m3 , oleh sebab itu aluminium merupakan bahan penting dalam konstruksi kapal udara, bangunan kapal laut, teknik mobil dan bangunan karoseri. Untuk meningkatkan kekuatan tariknya aluminium pada umumnya harus dipadukan dengan logam lain (Aluminium Alloy).
Aluminium tahan korosi berkat lapisan bertenaga oksida-aluminium, oleh karena itu aluminium dipergunakan buat penutup baja dan logam lain. Aluminium juga tahan terhadap bahan-bahan kimia, sehingga digunakan dalam teknik kimia.
Sama halnya dengan tembaga, aluminium pula memiliki daya hantar panas yang baik serta sekaligus memiliki refleksi panas yg besar sehingga aluminium dipergunakan menjadi bahan isolasi. Aluminium pula mempunyai daya hantar listrik yg baik, sehingga banyak dipergunakan menjadi bahan penghantar listrik.
Aluminium pula sukar dituang, sebab aluminium cair yang kental serta memiliki penyusutan yang besar . Aluminium memiliki daya oksidasi yang besar sehingga logam ini sukar dilas (Beumer, 1994).
2.6 Pengujian Tarik
Menurut Irsyad (2015), Pengujian tarik ialah bertujuan untuk mengetahui tegangan, regangan, modulus elastisitas bahan dengan cara memberikan beban tarik secara perlahan sampai material komposit mengalami putus. Adapun keuletan material, serta titik putus akan terlihat dari grafik yang ada. Dalam pengujian kekuatan tarik ini menggunakan standart ASTM D 3039 seperti pada gambar dibawah ini:
Gambar 5. Geometri Spesimen uji tarik (ASTM D 3039-07)
(Sumber: http://eprints.ums.ac.id/37561/16/NASKAH%20PUBLIKASI.pdf)
Besarnya nilai modulus elastisitas komposit yang juga ialah perbandingan antara tegangan serta regangan pada wilayah proporsional. Berlaku hukum hooke, dapat dihitung menggunakan persamaan: (kurniawan, K., 2012) E = σ ε Yang dimana:
E = Modulus elastisitas (N/mm2 ) σ = Tegangan tarik (N/mm2 ) ε = Tegangan-regangan (%)
Modulus elastisitas menunjukkan kekuatan (stiffness) atau ketahanan terhadap deformasi elastis. Semakin besar modulus elastisitas, bahan semakin kaku.
2.7 Pengujian Bending
Pengujian Bending Material komposit memiliki sifat tekan lebih baik dibandingkan tarik, pada perlakuan uji tekan bending spesimen, permukaan atas spesimen terjadi proses tekan serta bagian bawah terjadi proses tarik sehingga kegagalan yang terjadi akibat uji bending yaitu mengalami patah bagian bawah karena tidak bisa menahan tegangan tarik. Geometri bending dapat kita liat pada gambar berikut:
Gambar 6. Dimensi spesimen uji bending (standart ASTM D 7264-07)
(Sumber: http://eprints.ums.ac.id/37561/16/NASKAH%20PUBLIKASI.pdf)
Untuk menentukan modulus elastisitas bending menggunakan rumus sebagi berikut:
Eb = L 3 .F 4 .w.h 3. δ Dimana :
Eb = Modulus Elastisitas (Mpa) F = Beban yang diberikan (N) L = Jarak antara titik tumpuan (mm)
w = Lebar Spesimen (mm) h = Tebal spesimen (mm) δ = Defleksi (mm)
Kekuatan Material komposit dipengaruhi oleh beberapa hal, antara lain:
1. Temperatur Apabila temperatur naik, maka kekuatan tariknya akan turun serta kekuatan bendingnya naik.
2. Kelembaban Pengaruh kelembaban ini akan menyebabkan bertambahnya absorbs air, akibatnya akan menaikan regangan patah. Sedangkan tegangan patah serta modulus elastisitasnya akan menurun.
3. Laju tegangan Apabila laju tegangan kecil, maka dari itu perpanjangan bertambah dan dapat mengakibatkan kurva teganganregangan menjadi landai, modulus elastistasnya rendah.
Sedangkan jika laju tegangan tinggi, maka beban patah dan modulus elastisitasnya meningkat, tetapi regangan mengecil.
2.8 Ketahanan Pengujian Impak
Pengujian impak Charpy (pula dikenal menjadi tes Charpy v-notch) adalah standar pengujian laju regangan tinggi yang menentukan jumlah tenaga yg diserap oleh bahan selama terjadi patahan. tenaga yang diserap adalah ukuran ketangguhan bahan eksklusif dan bertindak sebagai indera buat belajar bergantung pada suhu transisi ulet getas. Metode ini banyak dipergunakan di industri menggunakan keselamatan yang kritis, karena praktis buat dipersiapkan dan dilakukan. lalu hasil pengujian dapat diperoleh menggunakan cepat serta murah. Tes ini dikembangkan di 1905 oleh ilmuwan Perancis Georges Charpy. Pengujian ini krusial dilakukan pada memahami masalah patahan kapal selama Perang dunia II. Metode pengujian material ini sekarang dipergunakan di banyak industri buat menguji material yang dipergunakan pada pembangunan kapal, jembatan, dan buat memilih bagaimana keadaan alam (badai, gempa bumi, dan lain-lain) akan mempengaruhi bahan yang
digunakan dalam berbagai macam aplikasi industri. Tujuan uji impact charpy adalah untuk mengetahui kegetasan atau keuletan suatu bahan (spesimen) yang akan diuji dengan cara pembebanan secara tiba-tiba terhadap benda yang akan diuji secara statik (Handoyo, 2013).
Menurut Bishop, (1999), dari setiap material mungkin memiliki kekuatan tarik tinggi tetapi tidak tahan terhadap beban kejut. Untuk mengetahuinya yang dibutuhkan adalah uji impak. Ketahanan impact umumnya diukur dengan uji impak Izod atau Chappy terhadap benda uji bertakik atau tanpa takik. pada pengujian ini beban diayunkan asal ketinngian tertentu dan tentang benda uji, lalu diukur tenaga disipasi pada patahan. Pengujian ini bermanfaat buat memperlihatkan penurunan keuletan dan kekuatan imbas material berstruktur bcc pada temperatur yang rendah.
Gambar 7. Ilustrasi uji impak dengan metode charpy
(Sumber: http://metalurgi-ilmu-logam.blogspot.com/2018/11/pengujian- impact.html)
Menurut Faiz (2011), saat pengujian impak, energi yang diserap oleh benda uji umumnya dinyatakandalam satuan joule dan dibaca langsung pada skala (dial) petunjuk yang telahdikalibrasi yang terdapat pada mesin penguji. harga impak (HI) suatu bahan yangdiuji dengan metode charpy diberikan oleh:
𝐻𝐼 = 𝐸/𝐴
imana E adalah energi yang diserap dalam satuan joule dan A luas penampang di bawah takik dalam satuan mm².
𝐸 = 𝑃(𝐻0 − 𝐻1)
Dimana:
P= beban yang diberikan (newton) H0= ketinggian awal bandul (mm)
H1= ketinggian akhir setelah terjadi perpatahan benda uji (mm) Benda uji impak dikelompokkan kedalam dua golongan sampel standar (ASTM- 23) yaitu batang uji charpy (metode charpy – USA) dan batang uji izod (metode izod - Inggris dan Eropa).
2.9 Ketahanan Pengujian Fatik
Menurut Pratowo dan Apriansyah (2016), ketahanan fatik suatu bahan tergantung berasal perlakuan bagian atas atau kondisi bagian atas serta temperatur operasi. Perlakuan permukaan merubah kondisi permukaan serta tegangan sisa di permukaan. Perlakuaan bagian atas shoot peening membentuk tegangan residu tekan yang menyebabkan ketahan lelah yang semakin tinggi. Sedangkan perlakuan permukaan yang membuat tegangan residu tarik menurunkan ketahanan fatigue- nya (Hanshem and Aly, 1994, Hotta at al, 1995). Hal itu terjadi sebab di permukaan terjadi konsentrasi tegangan tekan atau tarik yang paling tinggi. di kondisi permukaan sedang mendapatkan tegangan tarik maka tegangan residu tekan pada bagian atas akan menghasilkan resultan tegangan tekan yang semakin akbar.
Tegangan tekan akan merusak terjadinya initial crack atau laju perambatan retak.
sehingga ketahanan lelah meningkat, serta akan terjadi sebaliknya apabila terjadi tegangan residu tarik pada bagian atas.
Penyajian data fatik rekayasa adalah menggunakan kurva S-N yaitu pemetaan tegangan (S) terhadap jumlah siklus sampai terjadi kegagalan (N). Kurva S-N ini lebih diprioritaskan menggunakan skala semi log seperti ditunjukan pada gambar 1. Untuk beberapa bahan teknis yang penting.
Gambar 8. Kurva S-N
(Sumber: Bambang Pratowo dan Novran Apriansyah, 2016, Analisis Kekuatan Fatik Baja Karbon RendahSC10 Dengan Tipe Rotary Bending)
Kurva tersebut didapat dari pemetaan tegangan terhadap jumlah siklus sampai terjadi kegagalan pada benda uji. Pada kurva ini siklus menggunakan skala logaritma. Batas ketahan fatigue (endurance limit ) baja ditentukan pada jumlah siklus N>107 (Dieter,1992).
Untuk Mencari Siklus digunakan perkalian antara waktu dengan putaran motor.
Dimana :
N = Siklus
t = waktu ( menit )
n = putaran motor ( Rpm )
Gejala fatik ini sangat berguna dan sangat penting pada berbagai bidang rekayasa, telah tersedia berbagai mesin alat uji coba dimana tegangan diterapkan dengan cara ditekuk, torsi tarik, atau kompresi, tetapi semuanya berdasarkan prinsip yang sama yaitu material menerima tegangan dengan periode konstan. Untuk menyatakan karakteristik sistem tegangan, perlu disebutkan tiga besaran yang mencakup (Bishop, 1999) :
1. Rentang tegangan maksimum 2. Tegangan rata-rata
3. Rentang waktu periode tegangan
2.10 Teori Elastisitas dan Plastisitas
Menurut Souisa (2011), bahan elastis ialah bahan yang mudah diregangkan serta cenderung pulih ke keadaan semula, dengan mengenakan gaya reaksi elastisitas atas gaya tegangan yang meregangkan-nya. Pada hakekatnya semua bahan memiliki sifat elastik meskipun boleh jadi amat sukar diregangkan. Adapun sifat elastik ialah kemampuan benda buat balik ke bentuk awalnya segera setelah gaya luar yang diberikan benda itu dihilangkan. Elastisitas ialah sifat benda yang berdeformasi sementara waktu, tanpa perubahan yang tetap, yaitu sifat buat melawan deformasi yang terjadi. Sebuah benda dikatakan elastik sempurna Bila selesainya gaya penyebab perubahan bentuk dihilangkan benda akan balik ke bentuk semula. Sekalipun tidak terdapat benda yang elastik tepat, tetapi poly benda yang hampir elastik sempurna, yaitu sampai deformasi yg terbatas diklaim limit elastik. Jika benda berdeformasi diatas limit elastiknya, dan apabila gaya-gaya dihilangkan, maka benda tersebut tidak lagi pulang ke bentuk semula. Sebenarnya perbedaan antara sifat elastik dan plastik, hanyalah terletak pada tingkatan pada besar atau kecilnya deformasi yang terjadi. Suatu deformasi dikatakan elastik Jika (i) deformasi adalah proposional dengan gaya penyebabnya, (ii) bekerjanya gaya, maka deformasi diabaikan.
Menurut (Mas Min, 2016), Elastisitas sifat suatu benda buat kembali ke bentuk awal segera sesudah gaya yang mengenai benda tersebut dihilangkan. Benda yang dapat kembali ke bentuk semula sesudah gaya yang mengenainya dihilangkan diklaim benda elastis . saat Anda menarik pegas hingga bertambah panjang, pegas akan segera kembali ke ukuran semula setelah gaya tarik tadi dihilangkan.
kebalikannya, benda yang tidak dapat balik ke bentuk semula selesainya gaya yang mengenainya dihilangkan disebut benda plastis. contoh benda plastis antara lain plastisin, lumpur, serta tanah liat. Besaran-besaran yang bekerjasama dengan sifat elastisitas benda diantaranya menjadi berikut.
a. Tegangan (δ)
Tegangan ialah besarnya gaya yang bekerja pada suatu benda pada luas penampang tertentu. Secara matematis, tegangan dirumuskan sebagai berikut.
𝛅 = F A Dimana : δ= Engineering stress (MPa) F= Gaya (N)
A= Luas permukaan (mm²)
(Sumber : https://www.pelajaran.id/2016/23/elastisitas-fisika-pengertian-rumus- hukum-hooke-dan-contoh-soal.html)
b. Regangan (e)
Regangan ialah perubahan relatif ukuran benda yang mengalami tegangan.
Regangan dihitung dengan cara membanding- kan pertambahan panjang suatu benda terhadap panjang awalnya. Secara matematis, regangan dirumuskan sebagai berikut.
𝑒 =∆ℓ ℓ₀ Dimana : e= Engineering strain
∆ℓ= Perubahan panjang (mm) ℓ₀= Panjang mula-mula (mm)
untuk mengetahui besarnya regangan yang terjadi adalah dengan membagi perpanjangan dengan panjang semula dengan cara berikut.
𝑒 =ℓ − ℓ₀
ℓ₀ × 100% = ∆ℓ
ℓ₀ × 100% = ⋯ Dimana : e= Engineering strain
∆ℓ= Perubahan panjang (mm)
ℓ₀= Panjang mula-mula (mm)
ℓ= Panjang setelah diberi gaya (mm)
(Sumber : Agus Darmawan, Analisis Uji Tabrak Bodi Mobil ESEMKA
Dengan Metode Elemen Hingga)
2.11 Deformasi
Deformasi terjadi Bila bahan mengalami gaya. Selama deformasi, bahan menyerap tenaga menjadi dampak adanya gaya yang bekerja sepanjang deformasi.
Sekecil apapun gaya yg bekerja, maka benda akan mengalami perubahan bentuk serta berukuran. Perubahan ukuran secara fisik ini dianggap deformasi.
Deformasi terdapat dua macam yaitu deformasi elastis dan deformasi plastis.
yang dimaksud deformasi elastis adalah deformasi yg terjadi akibat adanya beban yang Jika beban ditiadakan, maka material akan kembali keukuran semula. Sedangkan deformasi plastis adalah deformasi yang bersifat permanen Jika bebannya dilepas . Penambahan beban di bahan yang telah mengalami kekuatan tertinggi tidak dapat dilakukan, sebab pada syarat ini bahan sudah mengalami deformasi total. Jika beban tetap diberikan maka regangan akan bertambah dimana material seakan menguat yang dianggap dengan penguatan regangan (strain hardening) yang selanjutnya benda akan mengalami putus di kekuatan patah (Singer dan Pytel, 1995).
Sehingga deformasi (δ) dapat dikeahui :
δ = P × L 𝐴 × 𝐸
Dimana :
P = Beban (N)
A = Luas permukaan (mm2) L = Panjang awal (mm)
E = Modulus Elastisita
Sebuah plat yang jikadiberi beban secara terus-menerus, secara bertahap pasti akan mengalami deformasi. Pada awal pembebanan juga akan terjadi deformasi elastis sampai pada kondisi tertentu bahan akan mengalami deformasi plastis. Pada awal pembebanan bahan di bawah kekuatan luluh bahan
akan kembali kebentuk semula, hal ini dikarenakan sifat elastis bahan.
Peningkatan beban melebihi kekuatan luluh (yield point) yang dimiliki plat akan mengakibatkan aliran deformasi plastis sehingga plat tidak akan kembali ke bentuk semula, hal ini bisa dilihat dalam diagram tegangan-regangan pada gambar berikut.
Gambar 9. Diagram Tegangan–Regangan
(Sumber:https://id.123dok.com//document/zwvwv4vq-tinjauan- pustaka-eksperimen-dan-analisis-pemodelan-uji-tarik-plat-logam-
sheet-metal-dengan-standar-astm-e-8m.html)
Menurut Ari (2007), kesebandingan antara gaya tarik serta elongasi yg ada sebenarnya hanya berlaku hingga di harga batas tegangan tarik tertentu, yg biasa kita sebut batas proporsional, batas ini tergantung pada sifat – sifat bahan. Didalam penyelidikan sifat – sifat mekanis diatas batas proporsional, korelasi antara regangan tegangan umumnya dilukiskan secara grafik dengan suatu diagram pengujian tarik.
Disini elongasi dilukiskan sebagai sumbu horisontal dan tegangan- regangan yg terjadi dilukiskan dengan ordinat–ordinat OABCD. Tegangan dari
”O” hingga ”A” artinya merupakan daerah proporsional. Diatas ”A” mulai terjadi defleksi, jadi titik ”A” artinya batas proporsional. Pembebanan yg berkelanjutan menyebabkan pertambahan panjang ( elongasi ) di titik ”B” sehingga diagram menjadi melengkung, pada titik ”B” elongasi plat berlangsung dengan penambahan gaya tarik yg lebih sedikit sehingga mengalami luluh yang biasa dianggap menggunakan titik lumer (yield point). Penarikan plat yang lebih jauh lagi akan menyebabkan adanya perlawanan internal sang molekul plat hingga dicapai titik ”C”, pada titik inilah gaya tarik memperoleh harga maksimum.
Tegangan yg ditimbulkan ialah kekuatan tertinggi (ultimate strength) dari bahan yg digunakan. sesudah melewati titik ”C” elongasi plat masih berlangsung meskipun beban semakin berkurang dan akhirnya btg mengalami pengecilan serta akhirnya patah (fracture), ditunjukkan sang titik ”D”. Kekuatan luluh ialah harga tegangan terendah dimana material mulai mengalami deformasi plastis.
Titik σy atas ialah titik luluh atas dan titik σy bawah artinya titik luluh bawah yang ditandai oleh pengurangan beban yang mendadak, diikuti menggunakan perpanjangan yg semakin tinggi serta peningkatan beban.
2.12 Nilai Standar Ketahanan Bumper Bull Bar
Aluminium sangat banyak dipergunakan pada industri cor seperti pembuatan komponen otomotif serta komponen yg lainnya, karena aluminium memiliki poly sifat yg menguntungkan, antara lain aluminium memiliki ketahanan korosi dan hantaran listrik yg baik serta sifat-sifat yg baik lainnya menjadi sifat logam. Paduan aluminium diklasifikasikan pada aneka macam standar oleh banyak sekali negara. Paduan ini dapat diklasifikasikan menjadi dua grup umum yaitu
paduan aluminium masukkan/cor (cast aluminium alloys) serta paduan tempa (wrought aluminium alloys). Aluminium murni memiliki temperature lebur 660° C.
Gambar dibawah memperlihatkan properti dari aluminium (ASM International, 1979).
Gambar 10. Tabel kekuatan aluminium
(Sumber: Putra, Arvin Kristian and Mukhammad, Alaya Fadllu Hadi (2015) Rancang Bangun Mesin Centrifugal Casting Horizontal Untuk
Pengecoran Aluminium Skala Laboratorium)
2.13 Umur Standar Ketahanan Bumper Bull Bar
Cara untuk mengetahui kualitas dari suatu produk aluminium adalah dengan mengetahui komponen atau bahan yang dipergunakan sebagai bahan baku pembuatan aluminium tersebut. Komposisi campuran bahan-bahan pembuat produk aluminium antara lain adalah ditambang dari biji bauksit yang banyak terdapat di permukaan bumi. Bauksit yang ditambang buat keperluan industry mempunyai kadar alumunium 40-60%. sehabis ditambang biji bauksit digiling dan
dihancurkan secara halus serta merata. lalu dilakukan proses pemanasan buat mengurangi kadar air yg ada. Selanjutnya bauksit mengalami proses pemurnian.
Proses pemurnian bauksit dilakukan dengan metode bayer dan hasil akhir ialah alumina. Pertama-tama bauksit dicampur dengan larutan kimia seperti kaustik soda.
campuran tersebut lalu dipompa ke tabung tekan dan lalu dilakukan pemanasan.
Proses selanjutnya dilakukan penyaringan serta diikuti dengan proses penyemaian buat menghasilkan endapan alumina basah (hydrated alumina). Alumina basah lalu dicuci dan diteruskan menggunakan proses pengeringan menggunakan cara memanaskan sampai suhu 1200 C. yang akan terjadi akhir merupakan partikel- partikel alumina dengan rumus kimianya artinya Al2O3. Untuk umurnya sendiri aluminium bisa bertahan sampai selamanya tergantung asal penggunaannya sendiri atau pada cara merawatnya
2.14 Suhu terpanas di Indonesia
Menurut wikipedia (2019), suhu yang telah tercatat diseluruh dunia adalah sebagai berikut:
Suhu Lokasi Tanggal
Amerika Utara
56.7 °C
(134 °F) Death Valley, California 10 Juni 1913
Kanada 45 °C
(113 °F) Midale, Saskatchewan 5 Juli 1937
Asia 54 °C
(129 °F) Kabul, Afganistan 12 Mei 1996
Indonesia 39.5 °C
(103.1 °F) Jatiwangi, Cirebon dan Semarang 27 Oktober 2015
Timur Tengah
54 °C
(129 °F) Mitribah,Kuwait 21 Juli 2016
Australia‡ 50.7 °C
(123 °F) Oodnadatta, Australia Selatan 2 Januari 1960
Eropa 50 °C
(122 °F) Seville, Spanyol 4 Agustus 1881
Kroasia 42.8 °C
(109.0 °F) Ploče 5 Agustus 1998
Jerman 40.2 °C (104.4 °F)
Gärmersdorf bei
Amberg / Karlsruhe & Freiburg
27 Juli 1983 / 13 Agustus 2003
Britania Raya
38.5 °C
(101.3 °F) Faversham, Kent 10 Agustus 2003
Irlandia 33.3 °C
(91.9 °F) Kilkenny Castle, County Kilkenny 26 Juni 1887
Italia 48.5 °C
(119.3 °F) Catenanuova, Sisilia 10 Agustus 1999
Norwegia 35.6 °C
(96.1 °F) Nesbyen, Buskerud 20 Juni 1970
Polandia 40.2 °C
(104.4 °F) Prószków 29 Juli 1921
Slovenia 40.6 °C
(105.1 °F) Črnomelj 5 Juli 1950
Amerika Selatan
49 °C
(120 °F) Villa de María, Argentina 2 Januari 1920
Antartika 15 °C
(59 °F) Stasiun Vanda, Pantai Scott 5 Januari 1974
Kutub Selatan
−14.0 °C (7.5 °F)
27
Desember 1978
terdapat sedikit laporan suhu yg lebih tinggi daripada ini selama fenomena yang dikenal menjadi pecahan panas, yang mencakup laporan 87 °C (188 °F) pada Abadan, Iran yg luar biasa pada Juni 1967. Suhu ini belum pernah ditetapkan, serta tidak dikenal pada rekor global.
Jadi dari keterangan diatas dapat disimpulkan jika suhu tertinggi/terpanas yang ada di Indonesia adalah 39.5 °C (103.1 °F) dengan menurut versi wikipedia.
Menurut kompasiana.com (2019) berdasarkan data BMKG 20 Oktober 2019 terdapat 3 stasiun pengamatan BMKG di pulau Sulawesi yang mencatat suhu maksimum tertinggi di Indonesia.
Mereka merupakan Stasiun Meteorologi Hasanuddin (Makassar) pada 38,8 derajat celsius, diikuti Stasiun Klimatologi Maros 38,3 derajat celsius, serta Stasiun Meteorologi Sangia Ni Bandera 37,8 celsius.
