SIMULASI STATIC STRUCTURAL PADA SEPATU KUDA DARI BAHAN POLYMERIC FOAM DIPERKUAT
FIBRE GLASS DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS
SKRIPSI
RANDIKA SUDARMA NIM. 130401045
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2018
ABSTRAK
Sepatu kuda adalah perlengkapan kuda yang digunakan untuk melindungi kuku kuda terhadap pukulan dan penggunaan yang ekstrim yang timbul akibat kontak dengan tanah. Sekarang terdapat banyak variasi sepatu kuda di pasaran yang terbuat dari bahan yang berbeda tetapi tetap memakai bahan baku besi atau baja.
Penelitian ini dilakukan untuk membuat bahan komposit polymeric foam diperkuat dengan serat kaca untuk sepatu kuda. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh bahan komposit polymer sepatu kuda terhadap respon statik dengan tiga variasi komposisi bahan. Variasi bahan sepatu kuda pada penelitian ini seperti polyester resin BQTN 157 EX, Blowing Agent, katalis MEKPO, Fibre Glass. Setiap komposisi disimulasikan dengan beban tetap dari kuda yaitu 300 kg.
Selanjutnya karakteristik dari sepatu kuda disimulasikan dengan Ansys. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa beban kuda dan variasi komposisi bahan berpengaruh terhadap respon tegangan pada sepatu kuda. Pada simulasi bagian permukaan penuh dari ketiga komposisi di dapat tegangan equivalent maksimum pada PF B sebesar 1.528 MPa dan minimum pada PF C sebesar 1.129 MPa. Pada simulasi bagian permukaan depan dari ketiga komposisi di dapat tegangan equivalent maksimum pada PF B sebesar 2.461 MPa dan minimum pada PF A sebesar 1.824 MPa. Pada simulasi bagian permukaan belakang dari ketiga komposisi di dapat tegangan equivalent maksimum pada PF B sebesar 2.652 MPa dan minimum pada PF C sebesar 2.652 MPa.
Kata Kunci : Ansys, Komposit, Polymeric Foam, Sepatu Kuda
ABSTRACT
Horse shoes is gear of horses used to protect the hoof of the horse against blows and extreme usage incurred due to contact with the ground. Now there are many variations of a horseshoe on the market that are made of different materials but retains the raw material of iron or steel. This research was conducted to make the foam polymeric composite materials reinforced with glass fiber to shoe horses.
This research aims to know the influence of polymer composite materials the shoe a horse against a static response with three variations in the composition of the material. Variation of the Horseshoe on the research materials like polyester resin BQTN 157 EX, Blowing Agent, catalyst MEKPO, Fibre Glass. Every composition is simulated by a load of horses namely 300 kg. Further characteristics of the horse shoe is simulated by Ansys. The results of this research show that the burden of the horse and the variation of the composition of the material influence on the response of the tension in the Horseshoe. On the simulation of the full surface area of horseshoe, from the third composition, the maximum equivalent stress in PF B is 1,528 MPa and minimum on PF C 1,129 MPa. On the simulation of the front surface area of horseshoe, from the third composition, the maximum equivalent stress in PF B is 2.461 MPa and minimum on PF A 1.824 MPa. On the simulation of the back surface area of horseshoe, from the third composition, the maximum equivalent stress in PF B is 3.602 MPa and minimum on PF C 2.652 MPa.
Keywords: Ansys, Horse Shoe, Composite, Polymeric Foam
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah Subhana Wa Ta’ala, atas Rahmat dan kuasa-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul
“
Simulasi Static Structural Pada Sepatu Kuda Dari Bahan Polymeric Foam Diperkuat Fibre Glass Menggunakan Software Ansys”
.Laporan hasil penelitian skripsi ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh setiap mahasiswa untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Tujuan penulisan laporan ini adalah untuk mencari komposisi terbaik dari variasi Polymeric Foam diperkuat Fiberglass untuk bahan alternative pembuat sepatu kuda.
Untuk itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Prof.Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, selaku Dosen Pembimbing penulis yang banyak memberi masukan serta membina saya selama mengerjakan penelitian ini.
2. Bapak Dr.Ir M Sabri, MT selaku ketua Departemen Teknik Mesin, Bapak Terang Ukur H.S. Ginting Manik ST MT selaku sekretaris, Bapak Ir.
Tugiman, MT selaku Koordinator Skripsi.
3. Seluruh Staff pengajar DTM FT-USU yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai administrasi DTM FT USU.
4. Kedua orang tua saya atas doa dan motivasi yang tiada henti untuk memberikan semangat agar dapat menyelesaikan skripsi ini.
5. Rekan satu tim IFRC Donny Surya Dharma, Armanda Putra Rilda Lubis, senior Magister Teknik Mesin Maraghi Muttaqin ST. MT, Alexander Sebayang ST. MT, Herry Darmadi ST. MT, dan teman satu lab IFRC yang telah memberi semangat dalam menyelesaikan skripsi ini.
6. Seluruh Teman-teman kos dan stambuk 2013 yang telah memberi dukungan dan semangat berupa tenaga dan motivasi kepada penulis.
Penulis menyadari tentunya dalam penulisan dan penyusunan laporan penelitian skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu saran dan kritikan tentunya diharapkan oleh penulis sehingga dapat membantu memperbaiki dan melengkapi kesempurnaan laporan ini agar diperoleh hasil yang lebih baik. Atas kerjasamanya diucapkan terima kasih.
Medan, Januari 2018 Penulis,
(Randika Sudarma)
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN ... i
ABSTRAK ... ii
ABSTRACT ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR NOTASI ... xiii
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 4
1.3 Batasan Masalah ... 4
1.4 Tujuan Penelitian ... 5
1.4.1 Tujuan Umum ... 5
1.4.2 Tujuan Khusus ... 5
1.5 Manfaat Penelitian ... 5
1.6 Sistematika Penelitian ... 6
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 7
2.1 Pendahuluan ... 7
2.2 Sepatu Kuda ... 10
2.3 Pergerakan Kuda ... 13
2.3.1 Gerakan Kaki Kuda ... 14
2.4 Desain ... 20
2.5 Proses Desain ... 21
2.6 Pertimbangan Desain ... 24
2.7 Peralatan Desain ... 24
2.8 Informasi Teknikal ... 26
2.9 Standar dan Kode ... 26
2.10 Material Komposit ... 28
2.11 Tegangan ... 29
2.11.1 Komponen Tegangan Kartesian ... 30
2.12 Perilaku Mekanik Akibat Beban Statik ... 32
2.12.1 Distribusi Tegangan Akibat Beban Statik ... 35
2.12.1.1 Geometri dan Defenisi Fisik ... 35
2.13 Metode Elemen Hingga ... 36
2.14 Perangkat Lunak Elemen Hingga ... 39
2.14.1 Ansys ... 39
2.14.2 Cara Kerja Ansy ... 40
BAB 3 METODELOGI PENELITIAN ... 41
3.1 Parameter Desain ... 41
3.2 Perlatan Desain ... 41
3.2.1 Hardware ... 42
3.2.2 Software ... 42
3.3 Tempat dan Waktu ... 44
3.3.1 Tempat ... 44
3.3.2 Waktu ... 45
3.4 Desain Sepatu Kuda ... 45
3.5 Material Yang Digunakan ... 47
3.6 Simulasi Ansys ... 48
3.6.1 Engineering Data ... 48
3.6.2 Geometri ... 51
3.6.3 Model ... 53
3.7 Diagram Alir Penelitian ... 59
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 60
4.1 Pendahuluan ... 60
4.2 Hasil Simulasi Pada Bagian Permukaan Penuh ... 60
4.2.1 Hasil Tegangan Pada PF A ... 61
4.2.2 Hasil Tegangan Pada PF B ... 66
4.2.3 Hasil Tegangan Pada PF C ... 72
4.2.4 Rangkuman Simulasi Pada Permukaan Penuh ... 76
4.3 Hasil Simulasi Pada Bagian Depan ... 77
4.3.1 Hasil Tegangan Pada PF A ... 78
4.3.2 Hasil Tegangan Pada PF B ... 83
4.3.3 Hasil Tegangan Pada PF C ... 88
4.3.4 Rangkuman Simulasi Pada Permukaan Bagian Depan ... 93
4.4 Hasil Simulasi Pada Bagian Belakang ... 94
4.4.1 Hasil Tegangan Pada PF A ... 95
4.4.2 Hasil Tegangan Pada PF B ... 100
4.4.3 Hasil Tegangan Pada PF C ... 105
4.4.4 Rangkuman Simulasi Pembebanan Bagian Belakang Polymeric Foam ... 110
4.5 Rangkuman Simulasi Pada Sepatu Kuda ... 111
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 114
5.1 Kesimpulan... 116
5.2 Saran ... 117 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sepatu Kuda dari tahun 1530 ... 8
Gambar 2.2 Hipposandal ... 10
Gambar 2.3 Bagian Tubuh Kuda ... 14
Gambar 2.4 Kuda Berjalan ... 15
Gambar 2.5 Kuda Berjalan Cepat ... 16
Gambar 2.6 Kuda Berlari Kecil ... 16
Gambar 2.7 Kuda Berlari ... 17
Gambar 2.8 Anatomi Kaki Kuda ... 18
Gambar 2.9 Pastern Angle ... 19
Gambar 2.10 Brakeover Phase ... 19
Gambar 2.11 Fase Deasin ... 21
Gambar 2.12 Kategori Komposit Berdasarkan Tipe Penguat ... 28
Gambar 2.13 Komponen Tegangan Pada Permukaan Sumbu x ... 31
Gambar 2.14 Komponen Tegangan Pada Permukaan 3 Sumbu ... 31
Gambar 2.15 Tipikal Kurva Tegangan-Regangan Akibat Beban Tekan Statik ... 33
Gambar 2.16 Diagram Uji Tekan Statik ... 33
Gambar 2.17 Elemen dx, dx dan dz ... 38
Gambar 3.1 Parameter Desain... 41
Gambar 3.2 Lembar Kerja Ms.Excel ... 42
Gambar 3.3 Tampilan Solidwork ... 43
Gambar 3.4 Lembar Kerja Ansys Workbench ... 44
Gambar 3.5 Desain Sepatu Kuda ... 45
Gambar 3.6 Model 3D... 46
Gambar 3.7 Sepatu Kuda Komposit Polymeric foam ... 47
Gambar 3.8 Data Material ... 58
Gambar 3.9 Data Toolbox Density Statik ... 49
Gambar 3.10 Data Toolbox Isotropic Elasticity dan Density ... 50
Gambar 3.11 Tampilan Ansys ... 52
Gambar 3.12 Import Geometri ... 53
Gambar 3.13 Tampilan Model Pada Ansys ... 53
Gambar 3.14 Meshing Pada Ansys ... 54
Gambar 3.15 Pressure Pada Body ... 55
Gambar 3.16 Pressure Pada Sepatu Kuda Bagian Depan... 56
Gambar 3.17 Pressure Pada Sepatu Kuda Bagian Belakang ... 56
Gambar 3.18 Nodal Pressure ... 58
Gambar 3.19 Solution... 58
Gambar 3.20 Diagram Alir Penelitian ... 59
Gambar 4.1 Set up ... 60
Gambar 4.2 Tegangan Equivalent Pembebanan Bagian Permukaan Penuh Polymeric Foam A ... 62
Gambar 4.3 Distribusi Tegangan Normal Sumbu x Pembebanan Bagian Permukaan Penuh Pada Polymeric Foam A ... 63
Gambar 4.4 Distribusi Tegangan Normal Sumbu y Pembebanan Bagian Permukaan Penuh Pada Polymeric Foam A ... 64
Gambar 4.5 Distribusi Tegangan Normal Sumbu z Pembebanan Penuh Pada Polymeric Foam A ... 65
Gambar 4.6 Tegangan Equivalent Pembebanan Penuh Polymeric Foam B .. 67
Gambar 4.7 Distribusi Tegangan Normal Sumbu x Pembebanan Penuh Pada Polymeric Foam B ... 68
Gambar 4.8 Distribusi Tegangan Normal Sumbu y Pembebanan Penuh Pada Polymeric Foam B ... 70
Gambar 4.9 Distribusi Tegangan Normal Sumbu z Pembebanan Penuh Pada Polymeric Foam B ... 71
Gambar 4.10 Tegangan Equivalent Pembebanan Penuh Polymeric Foam C . 72 Gambar 4.11 Distribusi Tegangan Normal Sumbu x Pembebanan Penuh Pada Polymeric Foam C ... 73
Gambar 4.12 Distribusi Tegangan Normal Sumbu y Pembebanan Penuh Pada Polymeric Foam C ... 74
Gambar 4.13 Distribusi Tegangan Normal Sumbu z Pembebanan Penuh Pada Polymeric Foam C ... 75
Gambar 4.14 Set up ... 78
Gambar 4.15 Tegangan Equivalent Pembebanan Bagian Depan
Polymeric Foam A ... 79 Gambar 4.16 Distribusi Tegangan Normal Sumbu x Pembebanan Bagian
Depan Pada Polymeric Foam A ... 80 Gambar 4.17 Distribusi Tegangan Normal Sumbu y Pembebanan Bagian
Depan Pada Polymeric Foam A ... 81 Gambar 4.18 Distribusi Tegangan Normal Sumbu z Pembebanan Bagian
Depan Pada Polymeric Foam A ... 82 Gambar 4.19 Tegangan Equivalent Pembebanan Bagian
Depan Polymeric Foam B ... 84 Gambar 4.20 Distribusi Tegangan Normal Sumbu x Pembebanan Bagian
Depan Pada Polymeric Foam B ... 85 Gambar 4.21 Distribusi Tegangan Normal Sumbu y Pembebanan Depan
Pada Polymeric Foam B ... 86 Gambar 4.22 Distribusi Tegangan Normal Sumbu z Pembebanan Depan
Pada Polymeric Foam B ... 87 Gambar 4.23 Tegangan Equivalent Pembebanan Bagian
Depan Polymeric Foam C ... 89 Gambar 4.24 Distribusi Tegangan Normal Sumbu x Pembebanan Bagian
Depan Pada Polymeric Foam C ... 90 Gambar 4.25 Distribusi Tegangan Normal Sumbu y Pembebanan Bagian
Depan Pada PF C ... 91 Gambar 4.26 Distribusi Tegangan Normal Sumbu z Pembebanan Bagian
Depan Pada Polymeric Foam C ... 92 Gambar 4.27 Set up ... 95 Gambar 4.28 Tegangan Equivalent Pembebanan Belakang
Polymeric Foam A ... 96 Gambar 4.29 Distribusi Tegangan Normal Sumbu x Pada Pembebanan
Belakang Pada Polymeric Foam A ... 97 Gambar 4.30 Distribusi Tegangan Normal Sumbu y Pembebanan Belakang
Pada Polymeric Foam A ... 98 Gambar 4.31 Distribusi Tegangan Normal Sumbu z Pembebanan Belakang
Pada Polymeric Foam A ... 99 Gambar 4.32 Tegangan Equivalent Pembebanan Belakang
Polymeric Foam B ... 101 Gambar 4.33 Distribusi Tegangan Normal Sumbu x Pembebanan Belakang
Pada Polymeric Foam B ... 102 Gambar 4.34 Distribusi Tegangan Normal Sumbu y Pembebanan Belakang
Pada Polymeric Foam B ... 103 Gambar 4.35 Distribusi Tegangan Normal Sumbu z Pembebanan Belakang
Pada Polymeric Foam B ... 104 Gambar 4.36 Tegangan Equivalent Pembebanan Belakang
Polymeric Foam C ... 106 Gambar 4.37 Distribusi Tegangan Normal Sumbu x Pembebanan Belakang
Pada Polymeric Foam C ... 107 Gambar 4.38 Distribusi Tegangan Normal Sumbu y Pembebanan Belakang
Pada Polymeric Foam C ... 108 Gambar 4.39 Distribusi Tegangan Normal Sumbu z Pembebanan Belakang
Pada Polymeric Foam C ... 109
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 spesifikasi Hardware ... 42
Tabel 3.2 Lokasi dan aktivitas penelitian ... 44
Tabel 3.3 Data material hasil pengujian ... 47
Tabel 4.1 Hasil Simulasi Pembebaban Penuh Polymeric Foam A ... 66
Tabel 4.2 Hasil Simulasi Pembebanan Penuh Polymeric Foam B ... 72
Tabel 4.3 Hasil Simulasi Pembebanan Penuh Polymeric Foam C ... 76
Tabel 4.4 Hasil Simulasi Pembebanan Pada Bagian Permukaan Penuh .... 77
Tabel 4.5 Hasil Simulasi Pembebanan Bagian Depan Polymeric Foam A 83 Tabel 4.6 Hasil Simulasi Pembebanan Bagian Depan Polymeric Foam B 88 Tabel 4.7 Hasil Simulasi Pembebanan Bagian Depan Polymeric Foam C 93 Tabel 4.8 Hasil Simulasi Pembebanan Pada Bagian Depan ... 94
Tabel 4.9 Hasil Simulasi Pembebanan Belakang Polymeric Foam A ... 100
Tabel 4.10 Hasil Simulasi Pembebanan Belakang Polymeric Foam B ... 105
Tabel 4.11 Hasil Simulasi Pembebanan Belakang Polymeric Foam C ... 110
Tabel 4.12 Hasil Simulasi Pembebanan Pada Bagian Belakang ... 111
Tabel 4.13 Hasil Simulasi Pembebanan Pada Sepatu Kuda ... 112
DAFTAR NOTASI
F = Gaya Maksimum (N) m = massa (gr)
g = gravitasi (m/s2)
ρ = Massa jenis zat (kg/m3) V = Volume (m3)
σ = Tegangan (MPa) ɛ = Regangan (MPa) A = Luas Penampang (m2) Δl = Pertambahan Panjang (m) L = Panjang Awal (m)
E = Modulus Elastisitas (MPa)
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Industri pariwisata merupakan mata rantai kegiatan yang sangat panjang, mulai dari biro perjalanan, pengangkutan, perhotelan, restoran, kegiatan pemanduan, kerajinan rakyat, pemeliharaan dan pengembangan objek wisata sebagai satu kesatuan yang saling terkait. Pariwisata merupakan sektor yang menjadi andalan dibeberapa negara di dunia dalam menghasilkan devisa. Pada pariwisata terlibat beberapa sektor lain yang mendukung dalam upaya pemenuhan kebutuhan wisatawan. Industri pariwisata mampu memberikan keuntungan besar dalam aspek ekonomi dan sosial. Hal tersebut mengapa sektor pariwisata menjadi hal yang penting dalam perkembangan suatu daerah. Indonesia sebagai negara kepulauan dengan kekayaan alam yang sangat mendukung, memiliki potensi pariwisata yang tinggi [1].
Pada kepemimpinan Presiden Joko Widodo, pariwisata merupakan sektor yang menjadi prioritas. Di dalam program kerja Presiden Jokowi yang disebut nawacita, Indonesia melakukan pembenahan dan pembangunan aspek-aspek pendukung pariwisata terutama pada tujuan wisata potensial yang berada di daerah. Salah satu kawasan yang menjadi prioritas pembangunan pariwisata di Indonesia adalah Kaldera Toba [2].
Berastagi merupakan kawasan wisata yang termasuk bagian dari Kaldera Toba. Berastagi berada pada lokasi strategis sebagai kota persinggahan wisatawan karena posisisnya yang terletak antara Kota Medan sebagai Ibu Kota Sumatera Utara dengan objek wisata Danau Toba [3]. Kota tersebut juga didukung oleh objek-objek wisata alam yang menarik dan fasilitas pendukung lainnya.
Kecenderungan wisatawan untuk kembali ke alam menyebabkan pariwisata berbasis alam memiliki potensi untuk berkembang. Potensi alam yang ada di Kota Berastagi seperti gunung Sibayak, gunung Sinabung, bukit Gundaling dan yang
lainnya menyebabkan kota ini banyak diminati oleh wisatawan. Suatu kawasan yang memiliki ciri khas yang berbeda dari tempat lain akan menjadi motivasi wisatawan untuk datang berkunjung. Salah satu tujuan yang populer di kota Berastagi adalah objek wisata bukit Gundaling.
Objek wisata yang menawarkan panorama keindahan kota Berastagi adalah bukit Gundaling yang berada di kabupaten Karo, Sumatera Utara. Bukit gundaling mempunyai ketinggian sekitar 1.575 meter di atas permukaan laut, sehingga udaranya cukup sejuk. Bukit Gundaling ini terletak 3 km dari pusat kota Berastagi. Dari puncak bukit Gundaling ini, dapat dilihat pemandangan dua gunung berapi yang masih aktif, yaitu gunung Sinabung dan gunung Sibayak.
Bagi wisatawan yang ingin berkeliling bukit, terdapat fasilitas kendaraan tradisional sejenis dokar dan juga para wisatawan dapat menyewa seekor kuda untuk berkeliling sendiri. fasilitas ini sangat populer di Berastagi dan diminati para wisatawan. Fasilitas kendaraan untuk mengelilingi kota Berastagi dan Bukit Gundaling adalah delman dan kuda tunggang. Delman adalah kendaraan transportasi tradisional yang beroda dua yang tidak menggunakan mesin tetapi menggunakan kuda sebagai penggantinya.
Kuda merupakan hewan ungulata atau hewan yang berjalan menggunakan kuku. Kaki kuda menunjukkan bentuk adaptasi ekstrim untuk dapat berlari cepat.
Kaki depan dan kaki belakang kuda memiliki pembagian fungsi fisik yang cenderung berbeda di antara keduanya baik pada saat kuda istirahat maupun bergerak. Kaki depan menopang 55-60% total berat tubuh dan menjadi peredam getaran saat kuda berlari cepat terutama saat kuda mendarat dari lompatan (jumping). Kaki belakang berfungsi sebagai pendorong saat kuda berjalan dan berlari. Fungsi dasar keempat kaki kuda adalah penahan tubuh dan menjaga keseimbangan gravitasi dalam berbagai variasi gerakan. Kaki kuda memiliki struktur yang kompleks dan terdiri dari tulang, persendian, ligamenta, otot, dan tendo. Semua komponen tersebut bekerja dalam satu sistem sehingga kuda dapat melakukan aktifitas gerakannya [4]. Kaki kuda adalah bagian paling berharga dalam hidupnya. Oleh karena pemeliharan pada bagian kaki kuda sangatlah penting.
Kaki kuda itu terdiri dari jari-jari kaki yang cukup besar dan bentuknya miring. Jika pada kebanyakan hewan, jari-jari kakinya memiliki cakar, maka kuda hanya memiliki kuku. Kuku ini, ada di sekeliling jari kakinya. Daerah di sekeliling kuku itu mati rasa. Jadi, tidak akan merasa sakit meskipun terluka. Lalu bagian tengah kaki kuda itu ada semacam kulit lembut dan tidak terlindungi oleh apapun. Jika kuda mengangkut beban yang berat sambil berlari maka bagian tersebut bisa saja menyentuh tanah dan terluka dan berjalan pincang. Untuk menjaga kesehatan dari kaki kuda tersebut maka dibuatlah sepatu kuda.
Sepatu kuda biasanya digunakan untuk melindungi kuku kuda melawan pukulan dan penggunaan yang ekstrim yang timbul akibat kontak dengan tanah [5]. Sekarang, terdapat banyak variasi sepatu kuda di pasaran yang terbuat dari bahan yang berbeda dan dengan bentuk yang berbeda pula. Jenis dari sepatu kuda yang dimanfaatkan untuk melindungi kaki kuda tergantung dari beberapa faktor.
Pengikat antara kuku dan sepatu kuda juga bisa bermacam-macam.
Waktu perawatan kuku dan tapal kuda berhubungan dengan intensitas penggunaan kuda sebagai kendaraan. Normalnya perawatan kuku dan sepatu kuda dilakukan 6-8 minggu sekali. Sedangkan pada hari liburan kuda-kuda di Berastagi lebih banyak bekerja sehingga perawatan kuku dan sepatu kuda dilakukan 2-3 minggu sekali. Proses untuk memperbaiki atau merawat sepatu kuda bertujuan untuk pemangkasan kuku, karena pertumbuhan yang berlebih dari kuku kuda akan mengakibatkan kuda tidak dapat berjalan dengan baik. Maka dari itu, menggunakan bahan yang tahan aus untuk waktu yang telah ditentukan merupakan suatu hal yang penting. Untuk itu penting untuk menyediakan sepatu kuda yang memungkinkan fleksibel terhadap kuku kuda.
Serat kaca (fibreglass) adalah material berbentuk serabut-serabut yang sangat halus yang mengandung bahan kaca [6]. Bahan ini sering digunakan karena material yang kuat dan fleksibilitas yang baik, ringan serta mudah dimanipulasi.
Serat kaca yang biasa digunakan sebagai bahan penguat merupakan serat kaca tipe E-glass.
bentuk yang berbeda pula. Dengan banyaknya jenis tapal kuda penelitian ini berfokus kepada studi tentang bahan alternatif untuk pembuatan Sepatu Kuda dengan bahan polymeric foam diperkuat fibreglass dengan tiga komposisi berbeda. Serta melakukan simulasi struktural menggunakan ANSYS dengan menggunakan serat kaca dengan bentuk potongan kecil. Material yang digunakan untuk membuat sepatu kuda ini baru diteliti, sehingga harus ditemukan dulu proses dan cara pembuatannya serta mengetahui komposisi yang tepat.
1.2 Perumusan Masalah
Rumusan masalah yang diangkat dalam penelitian ini adalah bagaimanakah tegangan-tegangan yang terjadi dalam sepatu kuda dengan bahan komposit polymeric foam yang diperkuat dengan fibreglass serta bagaimana desain sepatu kuda yang baik. Kekuatan fisis dan mekanis tersebut dapat ditentukan dengan pengujian tekan statik dengan menggunakan spesimen uji.
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Material yang digunakan dianggap sebagai material yang homogen dan isotropic.
2. Material yang digunakan adalah komposit polymeric foam dengan tiga variasi komposisi.
3. Pembebanan diberikan pada tiga bagian yaitu bagian seluruh permukaan, bagian depan dan bagian belakang.
4. Data berta kuda didapat dari hasil survei yang dilakukan di bukit Gundaling, Berastagi dengan berat sebesar 300 kg.
5. Analisa tegangan dilakukan pada satu kaki kuda bagian depan.
1.4 Tujuan Penelitian
1.4.1 Tujuan Umum
Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk menganalisa desain sepatu kuda dengan menggunakan bahan polymeric foam diperkuat fibreglass dengan perangkat lunak ANSYS.
1.4.2 Tujuan Khusus
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mendapatkan distribusi tegangan pada model sepatu kuda dengan tiga pembebanan dengan menggunakan simulasi ANSYS.
2. Membandingkan tegangan equivalent pada model sepatu kuda dari ketiga komposisi dari tiga pembebanan dengan menggunakan simulasi ANSYS.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah untuk mengetahui aplikasi material komposit polymeric foam yang diperkuat fibreglass untuk yang diproduksi dengan metode fisika sehingga akan mendapatkan produk sepatu kuda yang ekonomis.
Dengan mengetahui respon secara simulasi tentunya kita dapat mengetahui distribusi dan konsentrasi tegangan struktur dari sepatu kuda bahan komposit polymeric foam yang lebih baik sebelum diproduksi masal.
Manfaat lain dari penelitian ini adalah membantu para pelaku usaha di Berastagi dalam hal mengurangi biaya Sepatu Kuda.
1.6 Sitematika Penulisan
Sistematika penulisan ini disajikan dalam tulisan yang terdiri dari 5 bab.
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini memberikan gambaran menyeluruh mengenai tugas akhir yang meliputi, pembahasan tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan, manfaat dan sistematika penulisan.
BAB 2 : TINJAUAN PUSTAKA
Berisikan landasan teori dan studi literatur yang berkaitan dengan pokok permasalahan serta metode pendekatan yang digunakan untuk menganalisa persoalan.
BAB 3 : METODE PENELITIAN
Berisikan metode pengujian. juga spesifikasi material komposit polymeric foam diperkuat serat fibreglass yang dijadikan studi kasus dan juga mengenai langkah pencampuran bahan, pembuatan spesimen dan permodelan simulasi dengan menggunakan software ANSYS.
BAB 4 : PENGUJIAN DAN ANALISIS PENELITIAN
Berisikan penyajian hasil dan analisis yang diperoleh dari pengujian serta hasil simulasi.
BAB 5 : KESIMPULAN DAN SARAN
Berisikan jawaban dari tujuan penelitian.
DAFTAR PUSTAKA
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pendahuluan
Para arkeolog menyatakan bahwa sepatu kuda pertama kali diciptakan oleh bangsa Celt yang berdiam di daratan Skotlandia sekarang pada sekitar tahun 100 B.C. Pendapat ini berdasar fakta bahwa dari hasil riset didapatkan, bangsa Celt memerlukan sepatu kuda untuk dipakaikan pada kuda-kuda mereka. Mereka mempunyai kebutuhan akan sepatu kuda karena kuda-kuda mereka mempunyai kaki yang lebar, kuku kuda yang tidak begitu keras, dan mereka membuatnya dari bahan baku besi. Oleh karena mereka bangsa yang suka berperang, maka pemakaian sepatu kuda diperlukan mengingat kuda yang terus menerus dipacu dalam peperangan, menempuh segala macam medan yang berbatu-batu, keras, berlubang-lubang, bahkan medan bersalju [7].
Kemudian, bangsa Romawi yang juga suka berperang, pada kira kira tahun 200 B.C. Mengembangkan sepatu kuda buatan bangsa Celtic menjadi sepatu kuda yang lebih modern, dimana cara pemuatan sepatu kuda ini, oleh bangsa Romawi sangat dirahasiakan, agar tidak diketahui oleh musuh-musuhnya, sehingga kuda- kuda mereka dapat lebih tahan lama dalam menempuh perjalanan di alam peperangan, yang tentu saja merupakan suatu keunggulan dibanding musuh mereka yang bahkan kudanya belum memakai sepatu kuda.
Bangsa Romawi bernama Catulus menulis puisi dimana disitu dikatakan bahwa kuda-kuda pada zaman Romawi telah memakai sepatu kuda dan telah pula memakai paku untuk melekatkan sepatu kuda pada kuku dari kuda. Besi sendiri tidak diketahui kapan pastinya ditemukan, hanya diduga-duga waktu penemuannya.
Walaupun baja modern yang mengandung metal belum ada di dunia kuno, sebagai contoh, Chromium, baru ditemukan tahun 1865. Besi merupakan sumber alam yang sangat berharga dan masih tetap ada sampai zaman sekarang ini. Pada zaman dahulu, sepatu kuda bekas pakai langsung dibuang. Sedang sekarang dengan
majunya pengetahuan tentang peleburan besi, maka sepatu kuda bekas pakai dapat diproses ulang dengan dilebur dan di daur ulang lalu dibuat kembali menjadi sepatu kuda yang baru.
Gambar 2.1 Sepatu kuda dari tahun 1530 A.D
Sampai sejauh ini, masih banyak keragu-raguan, dan tak ada bukti yang defenitif mengenai permulaan adanya sepatu kuda ini. Dari literatur-literatur kuno, hampir tidak ada yang memberikan bukti tentang adanya kuda yang telah memakai sepatu. Satu ulasan dari permulaan Romawi berwacana tentang pemeliharaan kuda dan mengenai kedokteran hewan, tetapi tidak ada tulisan mengenai penggunaan sepatu kuda. Banyak referensi yang menuliskan tentang bagaimana kaki kuda yang bagus, kuku kuda yang sehat dan keras, tetapi tidak ada khusus mengenai sepatu kuda.
Kaisar Diocletion dari zaman Romawi, dalam satu tulisan pada tahun 300 B.C. membuat suatu daftar mengenai barang dan jasa, termasuk diantaranya mengenai dokter kuda, bahkan juga mengenai pemeliharaan kuda dan prosedurnya termasuk memotong dan memelihara kuku kuda, tetapi tidak ada daftar mengenai hal yang berhubungan dengan sepatu kuda. Hal ini merupakan kelalaian yang
mengejutkan, mengingat bangsa Romawi telah memakaikan sepatu pada kaki kuda mereka.
Suatu bukti yang nyata mengenai sepatu kuda muncul pada sekitar tahun 900 B.C. pada risalah yang dibuat oleh Kaisar Leo VI dari Konstantinopel yang mereferensikan besi berbentuk bulan sabit dan pakunya pada daftar peralatan pasukan kavaleri. Buku karangan Vegettus yang dibuat pada tahun 480 B.C.
berjudul “Veterinary Art” juga tidak memberikan keterangan mengenai sepatu kuda, sehingga kelihatannya, sepatu kuda dalam bentuk modern secara nyata berkembang antara tahun 500 B.C sampai tahun 900 B.C. tetapi juga masih disangsikan karena sedikitnya literatur yang menyangkut sepatu kuda yang terdapat pada zaman itu. Kelihatannya, semua kemungkinan yang berhubungan dengan sepatu kuda tidak benar-benar diteliti secara luas, hanya ada bukti-bukti yang terbatas dari tahun-tahun sebelumnya. Setelah peleburan besi dikenal, barulah sepatu kuda mulai dibuat secara modern dengan biaya yang lebih murah dibanding jika dibuat dengan cara kuno. William sang penakluk, membawa sepatu kuda kecil ketika dia menginvasi England pada tahun 1066 B.C. dan pada waktu perang salib tahun 1100 B.C. sepatu kuda menjadi lebih dikenal (umum) dibanding sebelumnya, karena kuda-kuda yang dipakai ketika berperang sudah memakai sepatu kuda.
Beberapa arkeolog zaman sekarang percaya bahwa yang disebut sepatu kuda dari zaman Romawi sebenarnya adalah sepatu kuda dari abad pertengahan, yang hilang ketika situs Romawi dirampok dan dijadikan material bangunan oleh orang-orang pada zaman itu, yang tidak mengenal situs sejarah. Suatu dokumen yang agak mendekati kebenaran, yang menunjukkan mengenai sepatu kuda dari zaman Celtic, setelah diidentifikasi ulang pada abad 11 atau 12 B.C. Sepatu kuda dibuat untuk melindungi kuku kuda agar tidak mengalami keausan.
2.2 Sepatu Kuda
Pelakuan pada kuda sering menimbulkan kerusakan pada kukunya akibat eksploitasi yang berlebihan. Sejak awal, bentuk perlindungan terhadap kuku kuda dapat dilihat dari situs Asia kuno, dimana kuku kuda dibungkus dengan kulit, baik kulit masak maupun kulit mentah atau material lain dengan tujuan melindungi dari penyakit kuku atau dari keausan. Dari situs arkeologi yang ditemukan di United Kingdom, orang Romawi telah mencoba melindungi kaki kudanya dengan melilitkan tali ke kaki kudanya.
Atau dengan Hipposandal yang bagian bawahnya padat, yang mempunyai sedikit kemiripan dengan sepatu kuda jaman sekarang.
Para ahli sejarah berbeda pendapat mengenai asal sepatu kuda. Tetapi semua sepakat bahwa pada zaman dahulu, sepatu kuda telah terbuat dari besi. Pada masa masa terdahulu, besi merupakan komoditi yang berharga, sehingga sepatu kuda yang terbuat dari besi mengalami kerusakan, maka dicoba untuk menempa kembali.
Tetapi sulit menemukan bukti arkeologi yang nyata mengenai hal ini. Walaupun banyak yang berusaha membuktikannya, namun tidak ada bukti yang valid untuk mensupport teori penemuan sepatu kuda ini.
Gambar 2.2 hipposandal
Pada tahun 1897, empat buah sepatu kuda yang terbuat dari perunggu ditemukan pada sepatu kuda ini ditemukan lubang tempat paku pada suatu tempat bernama Etruscan Tomb Refernsi mengenai penemuan pemakaian paku pada sepatu kuda ini, relatif terlambat, karena telah ada penemuan terdahulu pada tahun 900 B.C. sepatu kuda lengkap dengan pakunya disuatu tempat bernama Tomb Of The Frankich King, di Tournai, Belgia.
Sekitar tahun 1000 B.C sepatu kuda yang terbuat dari perunggu telah mewabah di Eropa. Sepatu ini dibuat bergerigi disekelilingnya dan mempunyai 6 lobang paku. Abad ke 13 dan 14, adalah zaman keemasan sepatu kuda dari besi, dimana mana terdapat pabrik pembuatan sepatu kuda dari besi. Patut diketahui, bahwa pada masa itu, alat angkutan utama adalah kuda, sehingga sepatu kuda ini diproduksi massal. Terlebih-lebih pada masa perang salib, produksi sepatu kuda ini menjadi produksi massal. Hal ini dapat diketahui dari tulisan tulisan yang berbeda, tetapi menulis hal yang sama tentang hal ini. Juga karena harga besi yang mahal, sepatu kuda ini bahkan dapat digunakan sebagai pengganti uang untuk membayar pajak. Pada abad ke 13, bukan hanya produksi sepatu kuda, tetapi mulai banyak kerajinan kerajinan dari besi dibuat. Hal ini berlangsung sampai abad pertengahan sampai abad modern, dimana hal ini sangat berkontribusi pada perkembangan metallurgy. Pada tahun 1835, Paten United states pertama mengenai pabrik mesin sepatu kuda yang sanggup menghasilkan 60 buah sepatu kuda perjam, dipatenkan oleh Henry Burden.
Pada tahun 1960-an, sepatu kuda dari aluminium mulai dikenal orang, yaitu ketika dipamerkan pada National Horse Show di Madison Square Garden di kota New York, Amerika Serikat. Pada perhelatan itu, beberapa kuda dari Eropa mengenakan sepatu kuda yang terbuat dari Aluminium. Juga pada periode yang sama, ahli-ahli kuda lokal, mulai menggunakan sepatu kuda Aluminium untuk kuda-kuda mereka. Jadi jelas kegunaan sepatu kuda dari aluminium ini adalah untuk perlombaan kuda, baik balapan maupun kuda lompat.
Dengan kata lain, kegunaan sepatu kuda ini bukan untuk penggunaan umum, karena ternyata hanya dapat digunakan dilapangan tanah dan rumput. Ketika
digunakan di tempat yang keras atau di daerah berbatu-batu atau di jalan aspal, sepatu kuda dari aluminium ini akan cepat rusak, karena aluminium sangat lunak, sehingga sepatu kuda ini dapat berubah bentuk, yang pada akhirnya tidak cocok lagi dengan kuku kuda, bahkan dapat menyebabkan cedera.
Dibanding dengan besi, aluminium cukup lunak sehingga tidak banyak mentransfer getaran dan daya terjang kaki kuda yang berbenturan dengan tanah ke sendi dan engsel kuda, sehingga relatif aman jika dalam perlombaan berlari dan jumping. Berat aluminium adalah kira-kira 1/3 berat besi dan sangat baik melindungi kuku dan mengurangi beban kaki kuda karena ringannya aluminium ini.
Kelebihan lain dari aluminium dibanding besi, jika suatu batang dari aluminium dipukulkan pada suatu landasan atau permukaan yang keras, lalu lakukan hal yang sama dengan menggunakan batang besi, aluminium akan meminimalisir getaran yang terjadi jauh lebih baik dari besi. Dengan kata lain, respon yang diterima kuda akan lebih halus. Dengan kelebihannya yang dapat mengurangi getaran yang terjadi, akan dapat mengurangi kerusakan kuku akibat pemakaian sepatu kuda.
Menurut survey, 50 % penyebab kuda sakit atau mati adalah kerusakan kuku, karena jika kuku rusak, kuda tidak akan dapat berjalan. Setiap kali sepatu kuda bergetar, sedikit demi sedikit akan merusak dinding kuku kuda. Penggunaan aluminium sebagai bahan sepatu kuda, akan mempermudah kerja kaki kuda, meminimalisir kerusakan kuku, dan membuat pergerakan kuda menjadi sangat konsisten selama memakai sepatu kuda.
Tetapi sepatu kuda yang terbuat dari aluminium, mempunyai kelemahan yang sangat menyolok jika dibanding sepatu kuda dari besi, yaitu :
a. Lebih cepat aus
b. Jika telah aus tidak dapat digunakan lagi.
c. Dapat melekuk jika terkena benda keras, menyebabkan sepatu berubah bentuk, sehingga tidak sesuai lagi untuk kaki kuda.
d. Rapuh dan bisa lebih menyengat kuku dan persendian kuda.
Sepatu kuda dari plastik baru dikenal dalam 20 tahun terakhir. Jika debanding dengan metal, sepatu kuda dari plastik mempunyai keuntungan sebagai berikut :
a. Dapat mengeliminasi guncangan radikal yang terjadi pada kuku b. Sepatu kuda dari plastik bersifat elastis, sehingga dapat meredam beban
impak yang terjadi, sehingga mengurangi resiko cedera.
c. Dapat membuat kuda menjaga kemampuan naturalnya melindungi diri yang disebut dengan sense of touch. Plastik dapt memberikan efek pada kuda ketika menyentuh tanah seolah olah tidak memakai sepatu.
d. Jika memakai sepatu dari plastik, tidak ada abrasi pada kuku kuda.
e. Dari hasil penelitian, dibanding metal, tingkat cedera yang dialami oleh kuda jauh lebih kecil.
Namun ada juga kekurangan dari sepatu kuda dari plastik ini, yaitu : a. Harganya lebih mahal dari sepatu kuda yang tradisional.
b. Sulit untuk diteruskan karena beberapa faktor, a.l. pembuatannya yang lebih sukar dibanding yang tradisional.
c. Secara estetika, kurang attractive karena kebutuhan perekat putih spesial yang sukar didapat dipasaran.
d. Mempunyai karakteristik yang licin.
2.3 Pergerakan Kuda
Pergerakan kuda mempunyai peranan penting tiap posisi kaki kuda ketika bergerak akan menentukan gaya yang terjadi. Untuk menganalisanya, setiap fasa ayunannya harus diamati, sehingga dapat diamati arah gaya yang terjadi.
Pergerakan dinamis dari terjangan kaki kuda dan integritas dari pergerakan yang lembut yang mendukung column tulang kaki kuda dapat dievaluasi dari seorang ahli dalam menganalisa anatomi kaki kuda.
Suatu hal yang menarik adalah kuda berdiri sepanjang hari, bahkan ketika kuda tidurpun dalam posisi berdiri, sehingga akan membebani kuku kaki kuda dengan berat statis dari tubuhnya. Fase ayunan kaki kuda terjadi ketika kaki kuda bergerak dengan posisi kaki nerada di udara [8]. Tubuh kuda termasuk besar, lebih besar dari tubuh manusia. Namun dengan kepandaiannya manusia dapat mengendalikan kuda. Dan karena kuda telah dikenal sejak lama, maka manusia telah dapat mengenali tubuh kuda sebagai berikut :
Gambar 2.3 Bagian tubuh kuda 2.3.1 Gerakan Kaki Kuda
Cara kuda berjalan atau berlari ternyata mempunyai nama sendiri, dan dibagi atas 4 cara berjalan, seperti berikut :
a. Berjalan atau walk
Berjalan adalah gerakan nornal kuda dalam berpindah tempat. Karena lambat, dalam 1 langkah ada 4 depak (4 beat gait). Depak adalah posisi ketika kaki kuda berada di udara.
Gambar 2.4 Kuda berjalan
Ketika kuda berjalan, kuda mengangkat kaki dengan urutan sebagai berikut :
(4) (2) (3) (1) Keterangan :
- Depak 1 : Kaki belakang kanan - Depak 2 : Kaki depan kanan - Depak 3 : Kaki belakang kiri - Depak 4 : Kaki depan kiri
Setiap kali satu kaki di angkat, 3 kaki lain menapak di tanah.
b. Berjalan cepat atau trot
Berjalan cepat adalah gerakan 2 depak (2 beat gait). Ketika berjalan cepat, ada satu waktu ke 4 kaki kuda berada di udara. Tubuh kuda naik turun dari satu diagonal ke diagonal lain. Karena haya ada 2 depak, dan ada waktu kaki kuda tudak menjejak tanah, maka penunggang akan erasa lebih nyaman.
Gambar 2.5 Kuda berjalan cepat Adapun urutan pengangkatan kaki dalam trot adalah :
(1) (2) (2) (1)
Kaki depan kiri digerakkan bersamaan kaki belakang kanan, dan kaki depan kanan digerakkan bersamaan kaki belakang kiri. Pola ini disebut diagonal. Gerakan pola diagonal inilah yang menyebabkan tubuh penunggang dan kudanya bergerak naik turun (posting).
c. Kanter
Kanter merupakan gerakan 3 depak. Pada gerakan kanter terdapat suspensi setelah setiap langkah. Gerakan ini dimulai dari kaki belakang, lalu kaki diayunkan ke depan,. Saat kanter, pantat dari pengunggang tetap di sael, tidak seperti dalam trot yang di angkat sedikit. Dalam gerakan kanter ini, ada istilah lead, yaitu kaki depan mana menapak paling depan.
Gambar 2.6 Kuda berlari kecil
Urutan lead kanan berarti kaki depan kanan berada pada posisi paling depan.
Gambar berikut merupakan urutan pengangkatan kaki kanter lead kanan.
Depak 1 : - Kaki belakang kanan
Depak 2 : - Kaki belakang kiri/depan kanan
Depak 3 : - Kaki depan kiri.
d. Gallop
Gallop adalah gerakan 4 depak (4 beat movement). Gerakan pada gallop mirip dengan gerakan pada kanter, tetapi kaki kuda bergerak satupersatu. Gallop dapat dikatakan erupakan kanter cepat. Ketika menunggang kuda denan gerakan gallop, pantat diangkat sedikit dari sadel, berat badan ditumpukan pada tapak kaki kita.
Gambar 2.7 Kuda berlari
Berikut adalah urutan pengangkatan kaki dalam gerakan gallop lead kanan.
(3) (4) (1) (2)
Pada penelitian ini, akan mengeksaminasi effek yang ditimbulkan oleh sepatu kuda gerakan kuda seperti di atas, dimana setiap berat sepatu kuda bertambah akan mengakibatkan perubahan pada gaya kinematik yang terjadi. Berat yang dihasilkan oleh sepatu kuda akan membebani limb dari kuda dan akan berpengaruh signifikan ketika kaki kuda menolak atau menarik. Bagaimanapun juga, perubahan berat sepatu kuda akan mengakibatkan perubahan pada gaya kinematis yang terjadi dan hal ini dapat dianalis dan dikembangkan [9]. Dengan perbandingan energi, berat yang dialami oleh kuku yang mengenakan sepatu kuda, bahwa setiap pertambahan berat sepatu kuda sebesar 1 ons (28 gram) adalah
equivalen dengan pertambahan beban seberat 30 ons (850 gram) pada kaki kuda [10]. Perubahan gaya kinematik yang terjadi dapat diamati dimulai ketika kuda pertama kalinya memakai sepatu. Kenaikan gaya kinematik yang terjadi akan menghambat gerakan lentur alami yang terjadi pada tulang pergelangan kaki, fetlock dan coffin joints. Pemakaian sepatu kuda juga akan menghasilkan fase ayunan yang lebih panjang pada masing masing langkah kuda, yang akan menyebabkan kemampuan kuda bergerak semakin baik. Anatomi dari kaki kuda dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 2.8 Anatomi kaki kuda
Pada tahun 1996 dilakukan percobaan mengenai akibat yang terjadi jika dipakaikan double horseshoe. Berat sepatu kudanya bervariasi antara 348 gram sampai 724 gram dan diamati gerakan kinematiknya ketika kuda berjalan agak cepat (trot). Ternyata berat dari sepatu tersebut sangat berpengaruh pada gerakan dari kuda. Tinggi maksimum yang dicapai oleh kaki kuda menyebabkan perlambatan fase ayunannya. Kaki kuda dan Gerakan kaki kuda akan menyerupai sudut lancip ketika sepatu kuda kontak dengan tanah sebagai akibat dari pertambahan momentum dari distal limb pada fasa ayunan kaki kuda [11]. Gambar berikut menunjukkan perbedaan posisi pastern angle untuk kuku kuda.
Gambar 2.9 Pastern angle
Pastern angle adalah struktur yang merupakan peredam kejut yang terjadi pada fetlock, lutut dan badan kuda. Sudut pastern angle ini berkisar antara 45 dan 52 derajat terhadap tanah, sepeti terlihat pada gambar di atas. Gambar 2.9 (B) menunjukkan suatu pastern angle yang overly inclined (terlalu lancip), yang dapat menyebabkan fase ayunan kaki kuda menjadi lebih rendah yang disebut dengan breakover phase ( ini adalah fase dimana kuku kuda beraksi seperti suatu tuas dengan dengan kakinya seperti pada pivot point (titik poros).
Fase ini ditunjukkan pada gambar 2.10, dimana pada fase ini akan menyebabkan terjadinya strain pada tendon bagian belakang kaki kuda.
Gambar 2.10 Breakover phase
Disisi lain, gambar 2. 9 (C) menunjukkan suatu pastern angle yang terlalu besar, dimana posisi sudut ini akan menghasilkan breakover phase yang lebih cepat, yang menyebabkan bertambahnya gaya tekan kaki kuda terhadap tanah. Jika kaki kuda dikenai tambahan beban, maka kaki kuda akan tertekuk, dimana tekukan ini tidak sama pada setiap kuda. Kuda-kuda muda yang bersepatu kuda berbentuk egg- bar dan sepatu yang flat akan mengakibatkan ayunan yang lebih rendah pada gerakan kaki kuda karena berat yang terdistribusi sepanjang sepatunya.
2.4 Desain
Desain adalah merumuskan sebuah rencana untuk mencapai kepuasan dari kebutuhan tertentu atau untuk memecahkan masalah. Jika rencana menghasilkan penciptaan sesuatu yang memiliki realitas fisik, maka produk harus dapat berfungsional, aman, handal, kompetitif, bermanfaat, manufacturable dan dapat dipasarkan [12].
Desain adalah sebuah proses inovatif dan sangat berulang-ulang. Hal ini juga proses pengambilan keputusan. Keputusan kadang-kadang harus dilakukan dengan terlalu sedikit informasi, kadang-kadang dengan jumlah informasi yang tepat, atau dengan kelebihan dari bagian informasi yang bertentangan. Keputusan kadang-kadang dibuat ragu-ragu, dengan hak cipta untuk menyesuaikan lebih menjadi dikenal. Intinya adalah bahwa teknik perancang harus dapat secara sendirinya nyaman dengan peran pengambilan keputusan, pemecahan masalah.
Desain adalah sebuah aktivitas komunikasi-intensif di mana kata-kata dan gambar digunakan, dan bentuk-bentuk tertulis dan lisan juga digunakan. Insinyur harus berkomunikasi secara efektif dan bekerja dengan orang-orang dari berbagai disiplin ilmu. Ini adalah keterampilan yang penting, dan keberhasilan seorang insinyur tergantung pada itu semua.
Sumber daya kreativitas dari pribadi seorang desainer, kemampuan komunikatif dan keterampilan pemecahan masalah terikat dengan pengetahuan
statistik, komputer, grafis, dan bahasa) dikombinasikan untuk menghasilkan rencana itu, ketika dilakukan, menghasilkan produk yang fungsional, aman, handal, kompetitif, bermanfaat, manufacturable dan dapat dipasarkan, terlepas dari siapa yang membangun atau siapa yang menggunakannya.
Insinyur mesin berhubungan dengan produksi dan pengolahan energi dan berhubungan dengan penyediaan sarana produksi, alat-alat transportasi, dan teknik- teknik otomatisasi. Keterampilan dan dasar pengetahuan yang luas. Di antara dasar- dasar disiplin adalah mekanika fluida, perpindahan massa dan momentum, proses manufaktur, dan listrik dan teori informasi. Desain teknik mesin melibatkan semua disiplin ilmu teknik mesin.
2.5 Proses Desain
Proses desain lengkap, dari awal sampai akhir, diuraikan dalam gambar 2.11. Proses ini dimulai dengan identifikasi kebutuhan dan keputusan untuk melakukan sesuatu tentang hal itu. Setelah banyak iterasi, proses berakhir dengan presentasi dari rencana untuk memuaskan kebutuhan [12].
Gambar 2.11 Fase-fase desain
Identifikasi kebutuhan umumnya awal dari proses desain. Pengenalan kebutuhan dan penyusunan kebutuhan sering merupakan tindakan yang sangat kreatif, karena kebutuhan mungkin hanya ketidakpuasan, perasaan ketidaknyamanan atau merasakan bahwa sesuatu tidak benar. Kebutuhan sering tidak jelas sama sekali; hal ini dipicu oleh keadaan buruk tertentu atau serangkaian keadaan acak yang muncul hampir bersamaan. Sebagai contoh, kebutuhan untuk melakukan sesuatu tentang mesin kemasan makanan dapat ditunjukkan oleh tingkat kebisingan, dengan variasi berat paket, dan dengan sedikit tapi mencolok variasi dalam kualitas kemasan atau bungkus.
Ada perbedaan yang jelas antara pernyataan dari kebutuhan dan definisi masalahnya. Definisi dari masalah lebih spesifik dan harus mencakup semua spesifikasi untuk objek yang akan dirancang. Spesifikasi adalah jumlah yang masuk dan keluar, karakteristik dan dimensi objek harus menempati ruang, dan semua keterbatasan pada jumlah ini. Kita dapat menganggap objek seperti sesuatu di kotak hitam. Dalam hal ini kita harus menentukan input dan output kotak, bersama dengan karakteristik dan keterbatasan. Spesifikasi ini mendefinisikan biaya, nomor akan diproduksi, kehidupan yang diharapkan, kisaran, temperatur operasi, dan kehandalan. Karakteristik tertentu dapat mencakup kecepatan, feed, suhu keterbatasan, jangkauan maksimum, diharapkan variasi dalam variabel, dimensi dan berat keterbatasan, dll.
Ada banyak spesifikasi tersirat yang menghasilkan baik dari perancang lingkungan tertentu atau dari sifat masalah itu sendiri. Proses manufaktur yang tersedia, bersama dengan fasilitas tertentu tanaman, merupakan pembatasan kebebasan desain, dan oleh karena itu adalah bagian dari spesifikasi tersirat. Ini mungkin bahwa sebuah pabrik kecil, misalnya, tidak memiliki mesin bekerja dingin. Mengetahui hal ini, perancang mungkin Pilih metode pengolahan logam lain yang dapat dilakukan di pabrik. Keterampilan tenaga kerja yang tersedia dan situasi yang kompetitif juga merupakan kendala-kendala yang tersirat. Apa pun yang membatasi kebebasan desain pilihan merupakan kendala. Banyak bahan dan ukuran tercantum dalam Katalog pemasok, misalnya, tetapi ini tidak semuanya
mudah tersedia dan kekurangan sering terjadi. Selain itu, persediaan ekonomi memerlukan bahwa produsen saham jumlah minimum bahan dan ukuran.
Sintesis skema menghubungkan elemen sistem mungkin kadang-kadang disebut penemuan konsep atau konsep desain. Ini adalah langkah pertama dan paling penting dalam sintesis tugas. Berbagai skema harus diusulkan, diselidiki, dan diukur dalam metrik. satu sebagai sirna dari skema berlangsung, analisis harus dilakukan untuk menilai apakah kinerja sistem memuaskan atau lebih baik, dan jika memuaskan, hanya seberapa baik itu akan melakukan. Skema sistem yang tidak bertahan analisis direvisi, diperbaiki, atau dibuang. Mereka yang memiliki potensi yang dioptimalkan untuk menentukan kinerja terbaik yang skema mampu. Skema yang bersaing dibandingkan sehingga jalan menuju paling kompetitif produk dapat dipilih.
Analisis dan pengoptimalan memerlukan kita membangun atau merancang model abstrak dari sistem yang akan mengakui beberapa bentuk analisis matematika. Kita menyebut model ini model-model matematik. Dalam membuat mereka itu adalah harapan kami bahwa kita dapat menemukan satu yang akan mensimulasikan sistem fisik nyata sangat baik. Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.11, evaluasi merupakan fase yang signifikan dari proses desain. Evaluasi merupakan bukti akhir desain yang sukses dan biasanya melibatkan pengujian prototipe di laboratorium.
Berkomunikasi desain untuk orang lain adalah presentasi akhir, penting langkah dalam proses desain. Tidak diragukan lagi, banyak desain besar, penemuan, dan karya-karya kreatif telah hilang untuk anak cucu hanya karena originators tidak mampu atau tidak mau menjelaskan prestasi mereka kepada orang lain. Presentasi adalah pekerjaan penjualan. Insinyur, ketika menyajikan solusi baru untuk administrasi, manajemen atau pengawasan orang, adalah mencoba untuk menjual atau untuk membuktikan kepada mereka bahwa solusi ini adalah lebih baik. Kecuali ini dapat dilakukan berhasil, waktu dan usaha yang dihabiskan untuk mendapatkan solusi yang sebagian besar sia. Ketika desainer menjual ide baru, mereka juga menjual diri mereka sendiri. Jika mereka berulang kali berhasil menjual ide, desain,
dan solusi baru untuk manajemen, mereka mulai menerima kenaikan gaji dan promosi; pada kenyataannya, ini adalah bagaimana orang berhasil dalam profesi nya.
2.6 Pertimbangan Desain
Kadang-kadang kekuatan diperlukan elemen dalam sistem adalah faktor penting dalam penentuan geometri dan dimensi dari elemen. Dalam situasi seperti kita katakan bahwa kekuatan pertimbangan penting desain. Ketika kita menggunakan ekspresi desain pertimbangan, kita mengacu pada beberapa karakteristik yang mempengaruhi desain elemen atau, mungkin, seluruh sistem.
Biasanya cukup sejumlah karakteristik seperti itu harus dianggap dan diprioritaskan dalam situasi tertentu desain. Banyak yang penting adalah sebagai berikut (tidak dalam urutan kepentingan):
Beberapa karakteristik ini harus dilakukan secara langsung dengan dimensi, bahan, pengolahan dan bergabung dengan unsur-unsur sistem. Beberapa karakteristik mungkin menjadi saling terkait, yang mempengaruhi konfigurasi sistem total.
2.7 Peralatan Desain
Hari ini, insinyur memiliki berbagai alat dan sumber daya yang tersedia untuk membantu dalam penyelesaian masalah desain. Mikrokomputer yang murah dan paket perangkat lunak komputer kuat menyediakan alat-alat besar kemampuan untuk desain, analisis, dan simulasi komponen mekanis. Selain alat-alat ini, insinyur selalu membutuhkan informasi teknis, baik dalam bentuk perilaku dasar ilmu pengetahuan/teknik atau karakteristik dari komponen off tertentu. Di sini, sumber daya dapat berkisar dari buku teks ilmu teknik untuk produsen brosur atau Katalog. Di sini juga, computer dapat memainkan peran utama dalam
Perangkat lunak computer-aided design (CAD) memungkinkan pengembangan desain tiga-dimensi (3-D) yang konvensional pandangan ortografi dua dimensi dengan auto-matic dimensi dapat diproduksi. Manufaktur alat jalan dapat dihasilkan dari model 3-D, dan dalam beberapa kasus, Bagian dapat dibuat langsung dari 3-D database dengan menggunakan prototyping cepat dan manufaktur metode (stereolithography)-manufaktur tanpa kertas. Keuntungan lain dari 3-D database adalah bahwa hal itu memungkinkan perhitungan cepat dan akurat sifat massa seperti massa, lokasi pusat gravitasi, dan massa Momen inersia.
Properti lainnya geometris seperti jarak antara poin dan daerah juga mudah diperoleh. Ada banyak paket perangkat lunak CAD tersedia seperti toname Aries, AutoCAD, CadKey, -Deas, Unigraphics, padat karya dan ProEngineer, beberapa lainnya.
Istilah computer-aided engineering (CAE) umumnya berlaku untuk semua aplikasi teknik yang berkaitan dengan komputer. Dengan definisi ini, CAD dapat dianggap sebagai sekumpulan CAE. Beberapa paket perangkat lunak komputer melakukan analisis teknik yang spesifik dan/atau tugas-tugas simulasi yang membantu perancang, tetapi mereka tidak dianggap sebagai alat untuk menciptakan desain yang CAD. Perangkat lunak tersebut cocok ke dalam dua Kategori: berbasis teknik dan non-spesifik teknik. Beberapa contoh perangkat lunak berbasis teknik untuk aplikasi teknik mesin — perangkat lunak yang mungkin juga dapat diintegrasikan dalam sistem CAD — termasuk program analisis elemen hingga (FEA) untuk analisis stres dan defleksi, getaran, dan perpindahan panas misalnya, Algor, ANSYS, dan MSC/NASTRAN; Dinamika fluida komputasi (CFD) program untuk cairan-aliran analisa dan simulasi misalnya, CFD ++, FIDAP dan fasih; dan program untuk simulasi kekuatan dinamis dan gerak dalam mekanisme misalnya, ADAMS, dan Model bekerja.
Contoh non-spesifik teknik computer-aided aplikasi termasuk perangkat lunak untuk pengolah kata, spreadsheet perangkat lunak misalnya, Excel, Lotus dan Quattro-Pro, dan pemecahan matematika misalnya, Maple, MathCad, Matlab, dan TKsolver.
2.8 Informasi Teknikal
Saat ini kita hidup dalam apa yang disebut sebagai era informasi, di mana informasi yang dihasilkan pada kecepatan yang mengejutkan. Hal ini sulit, tetapi sangat penting, untuk terus mengikuti perkembangan masa lalu dan saat ini dalam satu bidang studi dan pendudukan. Rujukan dalam catatan kaki 2 memberikan gambaran yang sangat baik dari sumber daya informasi yang tersedia dan sangat dianjurkan membaca untuk insinyur desain serius. Beberapa sumber informasi adalah:
Perpustakaan (komunitas, Universitas, dan Pribadi). Teknik kamus dan Ensiklopedi, buku, monograf, Handbook, Layanan pengindeksan dan abstrak, jurnal, terjemahan, laporan teknis, Paten dan bisnis sumber/brosur/Katalog.
Sumber-sumber pemerintah. Departemen Pertahanan, perdagangan, energi dan transportasi; NASA; Pemerintah Percetakan kantor; U.S. Paten dan Trademark Office; Layanan informasi teknis Nasional; dan Institut Nasional standar dan teknologi. Masyarakat profesional. Masyarakat Amerika insinyur mesin, masyarakat manufaktur insinyur, masyarakat insinyur otomotif, American Society untuk pengujian dan material, dan American Welding Society. Vendor komersial.
Katalog, literatur teknis, data uji, sampel, dan informasi biaya. Internet. Pintu gerbang jaringan komputer ke situs web yang terkait dengan sebagian besar kategori yang tercantum di atas.
2.9 Standar dan Kode
Standar adalah sekumpulan spesifikasi untuk bagian, bahan, atau proses yang dimaksudkan untuk mencapai keseragaman, efisiensi dan kualitas tertentu.
Salah satu tujuan penting dari standar adalah untuk menempatkan batas pada jumlah
item dalam spesifikasi untuk memberikan persediaan wajar perkakas, ukuran, bentuk dan varietas.
Kode adalah sekumpulan spesifikasi untuk analisis, Desain, pembuatan, dan konstruksi sesuatu. Tujuan dari kode adalah untuk mencapai tingkat tertentu keamanan, efisiensi, dan kinerja atau kualitas. Hal ini penting untuk mengamati bahwa kode keamanan tidak menyiratkan adanya keamanan mutlak. Pada kenyataannya, mutlak keselamatan mustahil untuk mendapatkan. Kadang-kadang tak terduga acara benar-benar terjadi. Merancang bangunan untuk menahan angin 120 mil/jam tidak berarti bahwa para desainer berpikir angin 140 mil/jam mustahil;
itu hanya berarti bahwa mereka berpikir itu sangat tidak mungkin.
Semua organisasi dan masyarakat yang tercantum di bawah ini telah mendirikan spesifikasi untuk standar dan keselamatan atau kode desain. Nama organisasi menyediakan petunjuk untuk sifat standar atau kode. Beberapa standar dan kode, serta alamat, dapat diperoleh di perpustakaan yang paling teknis.
Organisasi yang menarik bagi insinyur mesin adalah:
Aluminum Association (AA)
American Gear Manufacturers Association (AGMA)
American Institute of Steel Construction (AISC)
American Iron and Steel Institute (AISI)
American National Standards Institute (ANSI)
ASM International
American Society of Mechanical Engineers (ASME)
American Society of Testing and Materials (ASTM)
American Welding Society (AWS)
American Bearing Manufacturers Association (ABMA)
British Standards Institution (BSI)
Industrial Fasteners Institute (IFI)
Institution of Mechanical Engineers (I. Mech. E.)
International Bureau of Weights and Measures (BIPM)
International Standards Organization (ISO)
National Institute for Standards and Technology (NIST)
Society of Automotive Engineers (SAE)
2.10 Material Komposit
Material komposit terbentuk dari dua atau lebih bahan berbeda, yang masing-masing berkontribusi sifat akhir. Tidak seperti paduan logam, bahan dalam komposit tetap berbeda satu sama lain di tingkat makroskopik.
Komposit teknik yang kebanyakan terdiri dari dua bahan: penguatan disebut pengisi dan matriks. Pengisi menyediakan kekakuan dan kekuatan; matriks memegang bahan bersama-sama dan berfungsi untuk mentransfer beban antara bala-bantuan terputus-putus. Bantuan yang paling umum, digambarkan dalam gambar 2.12, yang terus-menerus serat, lurus atau kain, serat cincang pendek dan partikulat. Matriks yang paling umum adalah berbagai plastik resin meskipun bahan lainnya termasuk logam yang digunakan.
Gambar 2.12 Katagori Komposit Berdasarkan Tipe penguat
Logam dan bahan teknik tradisional yang seragam, atau isotropis, innature.
Ini berarti bahwa sifat-sifat material, kekuatan, kekakuan dan konduktivitas termal, independen dari posisi kedua dalam materi dan pilihan sistem koordinat. Sifat terputus dari bala bantuan komposit, walaupun, berarti bahwa materi properti dapat
bervariasi dengan posisi dan arah. Sebagai contoh, resin epoxy diperkuat dengan serat grafit terus-menerus akan memiliki sangat tinggi kekuatan dan kekakuan ke arah serat, tetapi sangat rendah properti normal atau melintang untuk serat. Untuk alasan ini, struktur dari material komposit biasanya dibangun dari beberapa lapisan (laminasi) mana setiap ply berorientasi untuk mencapai prestasi optimal struktural kekakuan dan kekuatan.
Tinggi rasio kekuatan-to-weight, hingga 5 kali lebih besar daripada baja kekuatan tinggi, dapat dicapai. Tinggi rasio kekakuan-to-weight juga dapat diperoleh, sebanyak 8 kali lebih besar daripada struktural logam. Untuk alasan ini, material komposit menjadi sangat populer di otomotif, pesawat, dan aplikasi pesawat ruang angkasa di mana berat adalah premi.
Directionality sifat dari material komposit meningkatkan kompleksitas analisis struktural. Bahan-bahan isotropik sepenuhnya ditentukan oleh dua teknik konstanta: Young's modulus E dan Poisson's rasio ν. Sebuah ply tunggal dari material komposit, namun, memerlukan empat konstan, didefinisikan sehubungan dengan sistem koordinat lapis. Konstanta adalah dua muda modul (modulus longitudinal ke arah serat, E1, dan modulus melintang yang normal untuk serat, E2), satu Poisson rasio (ν12, disebut nisbah Poisson utama), dan satu shear modulus (G12). Konstan kelima, nisbah Poisson kecil, ν21, ditentukan melalui hubungan timbal balik, ν21 E2 = ν12 E1. Menggabungkan ini dengan beberapa lapisan yang berorientasi pada sudut yang berbeda membuat analisis struktural struktur kompleks unapproach dapat dengan teknik manual. Untuk alasan ini, perangkat lunak komputer tersedia untuk menghitung sifat gabungan konstruksi laminasi.
2.11 Tegangan
Ketika permukaan internal terisolasi, gaya bersih dan saat bertindak pada permukaan menampakkan diri sebagai memaksa distribusi di seluruh daerah.
Distribusi kekuatan bertindak pada suatu titik di permukaan unik dan akan memiliki komponen dalam arah yang normal dan tangensial disebut normal dan tegangan geser tangensial, masing-masing. Normal dan tegangan diberi label oleh σ simbol Yunani dan τ, masing-masing. Jika arah σ luar dari permukaan ini dianggap menghasilkan tensile stress dan normal stres positif. Jika σ ke permukaan adalah stressand kompresi yang sering dianggap sebagai dengan kuantitas yang negatif.
Unit stres dalam unit US adat yang pound per inci persegi (psi). Untuk unit SI, stres adalah persquare Newton meter (N/m2); 1/m2 N = 1pascal (Pa).
2.11.1 Komponen Tegangan Kartesian
Komponen Cartesian stres yang didirikan oleh mendefinisikan tiga saling ortogonal permukaan pada sebuah titik dalam tubuh. Orang normal ke permukaan masing-masing akan mendirikan x, y, z Cartesian kapak. Secara umum, setiap permukaan akan memiliki normal dan tegangan geser. Sesar itu mungkin memiliki komponen sepanjang dua sumbu Cartesian. Misalnya, gambar 2.13 menunjukkan isolasi luas permukaan yang sangat kecil di Q titik dalam tubuh di mana permukaan normal adalah arah x. Tekanan normal adalah berlabel σx. Σ simbol menunjukkan stres normal dan subskrip x menunjukkan arah permukaan normal. Sesar bersih bertindak pada permukaan adalah (τx) Internet yang dapat diselesaikan menjadi komponen arah y dan z, dicap sebagai τx y dan τx z, masing-masing (lihat gambar 2.13). Perhatikan bahwa subskrip ganda diperlukan untuk geser. Subskrip pertama menunjukkan arah permukaan normal mana kedua subskrip adalah arah tegangan geser.
Keadaan stres pada titik yang digambarkan oleh tiga saling tegak lurus permukaan ditampilkan dalam 2.13. Dapat ditunjukkan melalui transformasi koordinat hal ini cukup untuk menentukan keadaan stres pada setiap permukaan yang berpotongan titik. Sebagai dimensi kubus di 2.13 pendekatan yang nol, tekanan pada wajah tersembunyi menjadi sama dan berkebalikan pada wajah terlihat bertentangan. Dengan demikian, secara umum, keadaan lengkap stres didefinisikan oleh komponen sembilan stres, σx, σy, σz, τ x y, τx z, τ y x, τ yz, τ zx, dan τzy.
Gambar 2.13 Komponen tegangan pada permukaan sumbu x
Gambar 2.14 Komponen tegangan pada permukaan 3 sumbu Hal ini mengurangi jumlah komponen stres untuk negara-negara tiga- dimensonal yang paling stres dari sembilan ke enam jumlah, σx, σy, σz, τ x y, τ yz, dan τzx. Keadaan stres yang sangat umum terjadi ketika menekankan pada satu permukaan adalah nol. Ketika ini terjadi keadaan stres disebut pesawat stres.
Gambar 2.14 menunjukkan keadaan stres pesawat, sewenang-wenang dengan asumsi bahwa normal untuk permukaan bebas stres arah z seperti σz bahwa = τzx
= τzy = 0. Hal ini penting untuk dicatat bahwa elemen dalam gambar 2.14 masih kubus tiga dimensi. Juga, di sini hal ini diasumsikan bahwa salib-gunting sama seperti yang τy x = τx y, dan τyz = τzy = τx z = τzx = 0.
2.12 Perilaku Mekanik Akibat Beban Statik
Perilaku mekanik dapat didefinisikan sebagai suatu reaksi yang timbul akibat dari adanya suatu aksi atau gangguan. Sebagai contoh salah satu gangguan yang diberikan terhadap suatu material adalah gaya, dan respon yang ditimbulkan akibat gaya yang diberikan tersebut adalah berupa tegangan, regangan, retak, patah, dan lain-lainnya. Respon yang dihasilkan tentunya dapat memberikan informasi mengenai sifat dan kerakteristik suatu material tersebut.
Penyelidikan respon statik suatu material atau struktur merupakan rangkaian kegiatan dalam mempelajari perubahan bentuk dan kerusakan akibat pembebanan tertentu terhadap model sepatu kuda. 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.
Perilaku mekanik yang terjadi terhadap polymeric foam dapat dilihat melalui kurva tegangan dan regangan. Kurva tersebut memberi informasi yang khas untuk setiap jenis pembebanan.
Untuk beban statik aksial, tipikal kurva tegangan-regangan ditunjukkan pada Gambar 2.16. Disepanjang garis kurva terdapat tiga tingkat respon, yaitu:
perilaku elastis (linear-elastic respon), plastisitas (plateau), dan densification yang ditandai dengan peningkatan tegangan yang sangat cepat. Pada fasa pertama (linear- elastic respon) tegangan bertambah secara linear dengan perubahan bentuk dan regangan yang terjadi. Fasa kedua (plateau) adalah karakteristik yang ditandai dengan perubahan bentuk yang kontinu pada tegangan yang relatif konstan yang dikenal dengan stress atau collapse plateau. Dan fasa ketiga deformasi adalah densifikasi, dimana tegangan (stress) meningkat tajam dan foam mulai merespon dengan pemadatan solid. Pada fasa ini struktur sel material foam mengalami kegagalan dan deformasi, selanjutnya menerima penekanan dari material foam
padat tersebut. Mekanisme yang dikaitkan dengan collapse plateau adalah berbeda- beda tergantung pada sifat dinding sel.
Gambar 2.15 Tipikal kurva respon tegangan-regangan akibat beban tekan statik aksial.
Untuk foam yang fleksibel, collapse plateau terjadi karena tekuk elastik (elastic buckling) dari dinding sel. Untuk kekakuan dan kegetasan foam, plastic yield dan brittle crushing dinding sel adalah mekanisme utama kegagalan yang berulang-ulang. Secara skematis, pengujian beban tekan statik diilustrasikan pada Gambar 2.17.
Gambar 2.16 Diagram uji tekan statik
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).
𝐸𝐸 =
𝜎𝜎𝜀𝜀 ... (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).
𝜎𝜎 =
𝐹𝐹𝐴𝐴 ... (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).
𝜀𝜀 =
𝛥𝛥ℓℓ ... (2.3)dimana:
Δℓ = perubahan panjang yang terjadi (m).
ℓ = Panjang awal (mula-mula) (m).
Dengan mensubsitusi persamaan (2.1) dan (2.2), ke persamaan (2.3), maka diperoleh persamaan (2.4).
𝐸𝐸 = 𝐹𝐹 . ℓ 𝐴𝐴 . 𝛥𝛥ℓ
𝛥𝛥ℓ =
𝐴𝐴 . 𝐸𝐸𝐹𝐹 . ℓ... (2.4)
2.12.1 Distribusi Tegangan Akibat Beban Tekan Statik
Untuk mengetahui besarnya distribusi tegangan dan regangan yang terjadi diseluruh permukaan polymeric foam ini diperlukan simulasi numerik dengan menggunakan software ANSYS.
2.12.1.1 Geometri dan Defenisi Fisik
Geometri dan definisi fisik pada proses simulasi menggunakan software Ansys dapat diartikan sebagai berikut:
a. 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 mekanikal berbeda serta karakteristik dimensi jauh lebih besar dari molekul atau dimensi butir.
b. 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.
Tergantung pada skala dan volume yang diteliti, material dapat lebih homogen atau kurang homogen. Jika ada variabilitas rendah dari titik ke titik dalam skala
