PENGUKURAN HELMET SEPEDA MOTOR YANG
DIKENAI BEBAN IMPAK MENGGUNAKAN
METODE JATUH BEBAS
TESIS
OLEH
RAHMAT KARTOLO SIMANJUNTAK
037015014/ TM
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N
ABSTRAK
Pengujian terhadap helmet sepeda motor non-standar dibutuhkan untuk mengukur kekuatan helmet tersebut sebagai akibat beban yang diberikan. Pada umumnya kecelakaan lalu lintas tidak hanya dipengaruhi oleh faktor kecepatan, tetap juga oleh percepatan grafitasi bumi. Oleh karena itu dilakukan kegiatan penelitian untuk
mendapatkan dampak beban impak jatuh bebas yang terjadi pada helmet non-standar. Informasi yang diperoleh yang cukup baik mengenai dampak beban impak jatuh bebas terhadap kekuatan helmet kepada pengguna, industri, dan pemerintah. Tujuan penelitian ini ialah untuk membangun alat uji yang baik bagi pengujian kekuatan helmet non-standar akibat beban impak jatuh bebas, mengukur beban maksimum yang terjadi dalam helmet, dan kemampuan penyerapan energi pada helmet tersebut akibat beban impak jatuh bebas tersebut. Peneliti bekerjasama dengan Pusat Riset Impak dan Keretakan Magister Teknik FT-USU telah membangun alat uji tersebut yang dilengkapi dengan sistim data akusisi yang baik. Helmet yang diuji diletakkan pada test rig yang dapat diatur ketinggian jatuhnya. Untuk mengetahui waktu impak, maka pada alat uji dilengkapi dengan 8 buah sensor proximity jenis induktif. Helmet akan jatuh dan menabrak dudukan alas uji yang disebut dengan istilah anvil. Gaya yang dihasilkan akan diukur dengan menggunakan alat sensor pengukuran beban yang disebut dengan loadcell yang diletakkan dibawah anvil. Terdapat empat buah bentuk anvil disesuaikan dengan kondisi kejadian di lapangan, yaitu bentuk plat datar, plat miring, peluru, dan anvil setengah bola. Data akan dipindahkan dari load cell ke suatu sistim data akusisi yang berfungsi untuk merubah bentuk sinyal analog ke bentuk sinyal digital. Akhirnya data akan disimpan dalam PC sebagai gaya (N) dan waktu (ms). Hasil percobaan yang telah dilakukan menunjukkan bahwa alat yang telah dibangun dapat berfungsi dengan baik terbukti dari hasil pembacaan yang diterima. Besarnya tegangan maksimum yang terjadi pada masing-masing anvil ialah: anvil plat datar 2,465 kPa, anvil jenis plat miring sebesar 8,358 kPa, anvil peluru sebesar 984,70 kPa, dan pada anvil setengah bola 5,284 kPa yang dilakukan pada ketinggian yang sama, yaitu 0,75 m. Sedangkan energi terkecil yang menyebabkan helmet rusak terdapat pada jenis anvil peluru, yaitu sebesar 3,24 J pada ketinggian 0,3 m.
ABSTRACT
A test on a non-standard motor cycle helmet is needed to measure the strength of the helmet resulted from the given impact load. In general, traffic accident is not only influenced by the factor of speed but also the acceleration of earth’s gravity.
Therefore, a research was conducted to find out the impact load of free fall occurred to the non-standard helmet. Quite good information about the impact load of free fall on the strength of helmet is good to be informed to the users, industry and
government. The purpose of this study was to construct a good test tool to test the strength of non-standard helmet resulted from the free fall impact load, to measure the maximum load that occurs in the helmet, and the capability of the helmet to absorb the energy resulted from the free fall impact load. The researcher in
cooperation with the Impact and Fracture Research Center, Magister of Engineering Study Program, Faculty of Engineering, University of Sumatera Utara has made the test tool equipped with a good data acquisition system. The helmet tested is put on the test rig with an adjustable height of fall. To find out the impact time, the test tool is equipped with 8 (eight) inductive proximity censors. The helmet will fall and hit the anvil. The force will be measured using the loadcell put under the anvil. There are four anvils whose forms are adjusted to the real life situation such as flat plat, aligned plat, bullet and a half-spherical anvil. The data will be transferred from loadcell to a data acquisition system which functions to change the form of analogue signal into digital signal. Finally, the data will be saved into PC as a force (N) and time (ms). The result of the experiment done showed that the tool constructed could function well and the reading received has been well-proven. The maximum stress on the flat anvil was 2.465 kPa; the aligned flat anvil was 8.358 kPa; the bullet anvil was 984.70 kPa; and a half-spherical anvil was 5.284 kPa at the elevation of 0.75 m. The minimum energy which caused the fracture on the helmet was 3.24 J at the elevation of 0.3 m.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas nikmat dan karunia yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan penelitian ini dengan judul “Pengukuran Helmet Sepeda Motor Yang Dikenai Beban Impak Menggunakan Metode Jatuh Bebas “.
Penelitian ini terlaksana berkat bimbingan dan arahan dari komisi pembimbing dan merupakan syarat yang harus dipenuhi setiap mahasiswa Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME, Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng, dan Ir. H. Alfian Hamsy, M.Sc., selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak memberi petunjuk dan arahan sehingga penelitian ini dapat diselesaikan. Terima kasih kepada Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Tenik dan Dr.-Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, M.Eng selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Juga kepada Dr.Eng. Ir. Indra Nasution, M.Eng selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Bapak Ir. Muhammad yang banyak membantu peneliti dalam hal pengukuran data akuisisi dan software DAQ For Helmet Impact Testing.
Penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada seluruh dosen dan staf adminitrasi Program Studi Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama penulis
mengikuti pendidikan di Program Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Selanjutnya ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada seluruh rekan mahasiswa yang tergabung di Pusat Riset Impak dan Keretakan dan kakanda alumni yang telah banyak sekali memberikan masukan arahan.
Penulis persembahkan semua ini untuk istri tercinta dr. Hj. Dwi Mayaheti Nasution, serta ketiga buah hati kami Syakiroh Rahmat Simanjuntak, Faqih Rahmat Simanjuntak dan Faizan Rahmat Simanjuntak yang telah memberikan motivasi kepada penulis.
Penulis menyadari masih banyak ketidak sempurnaan dari penulisan tesis ini, oleh karenanya kritik dan saran demi perbaikan yang membangun sangat diharapkan. Penulis juga berharap penelitian ini dapat bermanfaat bagi perkembangan dan kemajuan ilmu pengetahuan.
Medan, 5 Desember 2011
Peneliti,
Rahmat Kartolo Simanjuntak 037015014
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... . i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR TABEL ... viii
DAFTAR GAMBAR ... x BAB 1 PENDAHULUAN 1.1.Latar belakang ……… 1 1.2. Perumusan Masalah ……… 3 1.3. Tujuan Penelitian ……….. 4 1.3.1. Tujuan umum ………. 4 1.3.2. Tujuan khusus ……… 4 1.4. Manfaat Penelitian ………. 5
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Gerak Jatuh Bebas ... 6
2.2. Hukum Gerakan ... 9
2.2.1. Momentum dan Impuls ... 9
2.2.2. Hukum Gerakan Newton ... 10
2.2.3. Energi Mekanik ... 11
2.3. Pengukuran Kekuatan Helmet ... 11
2.3.1. Uji Jatuh Bebas ... 11
2.4. Teknik Propagasi Tegangan ... 12
2.4.1. Rambatan Gelombang Pada Batang ... 13
2.4.2. Impak Pada Batang ... 14
2.5. Kerangka Konsep Penelitian ... 17
BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1. Tempat dan Waktu ... 20
3.1.1. Tempat ... 20
3.1.2. Waktu ... 20
3.2. Bahan dan Metode Penelitian ... 20
3.2.1. Bahan ... 20
3.2.2. Peralatan ... 21
3.2.3. Metode ... 23
3.2.3.1. Pembuatan Alat Uji Jatuh Bebas ... 23
3.2.3.2. Alat Pengukur Beban Dan Gaya Impak ... 31
3.3. Variabel Penelitian ... 37
3.4. Pengukuran Jatuh Bebas Dengan Loadcell ... 38
3.5. Rancangan Kegiatan ... 40
3.6. Perencanaan Pengujian ... 40
3.6.1. Kalibrasi ... 40
3.6.2. Prosedur Pengujian ... 43
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Pendahuluan ... 46
4.2. Anvil Plat Datar ... 47
4.2.1. Dengan Peredam Spring ... 47
4.2.2. Tanpa Peredam Spring ... 53
4.2.3. Penyerapan Energi Impak ... 56
4.3. Anvil Plat Miring ... 58
4.5. Anvil Peluru ... 65
4.6. Analisa Tegangan Impak ... 68
4.7. Analisa Energi Impak Jatuh Bebas ... 70
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 75
5.2. Saran ... 77
DAFTAR PUSTAKA ... 78
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
2.1. Waktu dan Kecepatan Benda Jatuh ... 7 3.1. Jadwal Penelitian ... 40 4.1. Data hasil pengujian helmet sepeda motor non-standar
dengan anvil jenis plat datar yang dilengkapi peredam
spring ……….
48
4.2. Data waktu impak (∆t) dan Impuls yang terjadi pada uji impak jatuh bebas helmet sepeda motor non-standar dengan anvil datar yang dilengkapi peredam spring ……..
51
4.3. Data hasil pengujian helmet sepeda motor non-standar dengan anvil jenis plat datar tanpa dilengkapi peredam
spring ...
53
4.4. Data waktu impak (∆t) dan Impuls yang terjadi pada uji impak jatuh bebas helmet non-standar dengan anvil datar tanpa dilengkapi peredam spring ………...
55
4.5. Perbandingan data energi impak pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil plat datar yang dilengkapi dan tidak dilengkapi peredam pegas ………
56
4.6. Data hasil pengujian helmet non-standar dengan anvil jenis plat miring tanpa dilengkapi peredam spring ………
59
4.7. Data waktu impak (∆t) dan Impuls yang terjadi pada uji impak jatuh bebas helmet non-standar dengan anvil jenis plat miring ……….
61
4.8. Data waktu impak (∆t) dan Impuls yang terjadi pada uji impak jatuh bebas helmet non-standar dengan anvil setengah bola ………..
64
4.10. Data waktu impak (∆t) dan Impuls yang terjadi pada uji impak jatuh bebas helmet non-standar dengan anvil peluru ……….
68
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
2.1. Grafik Hubungan v-t ... 7
2.2. Rambatan Gelombang ... 13
2.3. Susunan Batang Uji ... 14
2.4. Kerangka Konsep Penelitian ... 18
3.1. Helmet Sepeda Motor Non-standard ... 21
3.2. Perangkat Alat Uji Jatuh Bebas dan Loadcell ... 21
3.3. Alat Pengukur Beban da Gaya Impak (Loadcell) ... 22
3.4. Rangka Bawah ... 24
3.5. Rangka Atas ... 24
3.6. Katrol Pada Rangka Atas ... 25
3.7. Batang Penyangga ... 25
3.8. Pipa Luncur ... 26
3.9. Pegas Peredam ... 26
3.10. Test Rig ... 27
3.11. Anvil Bentuk Peluru ... 29
3.12. Anvil Bentuk Tidak Rata ... 29
3.13. Anvil Bentuk Plat Rata ... 30
3.14. Anvil Bentuk Setengah Lingkaran ... 30
3.15. Loadcell ... 31
3.16. Ball End Penetrator ... 32
3.17. Anvil Support ... 32
3.18. Ring Stopper ... 33
3.19. Posisi Peletakan Anvil Support dan Loadcell ... 33
3.20. Teplon Base ... 34
3.21. Bottom Base ... 34
3.22. Sensor ... 35
3.24. DAQ Labjack U3-LV ... 36
3.25. Alat Pengaman Listrik ... 37
3.26. Pengerjaan Sinyal Pengukuran ... 38
3.27. Posisi Penempatan Loadcell ... 39
3.28. Loadcell Pada Penekan Dihubungkan Digital Display Calibrator 41 3.29. DAQ For Helmet Impact Testing Software ... 41
3.30. Loadcell Pada Alat Penekan ... 42
3.31. Kabel Loadcell Dengan DAQ Labjack U3-LV ... 42
3.32. Calibration Program ... 43
3.33. Pemasangan Loadcell dan Anvil Support ... 44
3.34. Berbagai Variasi Anvil ... 44
3.35. Posisi Helmet Pada Test Rig ... 44
3.36. Posisi Jarak Ketinggian dan Sensor Proximity ... 45
4.1. Luas penampang pembebanan pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis plat datar ……… 48
4.2. Gaya yang dihasilkan pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis plat datar dilengkapi peredam spring ……… 49
4.3. Grafik hasil pengujian helmet dengan anvil plat datar yang dilengkapi peredam spring ……….. 49
4.4. Grafik gaya dan waktu impak pada uji impak jatuh bebas helmet sepeda motor dengan anvil plat datar yang dilengkapi peredam spring ……… 52
4.5. Luas penampang rata-rata pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis plat datar tanpa peredam spring ……… 53
4.6. Gaya yang dihasilkan pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis plat datar tanpa peredam spring ……… 54
4.7. Tegangan yang dihasilkan pada pengujian helmet dengan anvil plat datar tanpa peredam spring ………. 54
4.8. Grafik gaya dan waktu impak pada uji impak jatuh bebas helmet sepeda motor non-standar dengan anvil plat datar tanpa dilengkapi peredam spring. (a) Uji 1, (b) uji 2, dan (c) uji 3 …… 56
4.9. Energi impak pada anvil plat datar dengan peredam (Uji 1) dan tanpa pemakaian peredam pegas (Uji 2) ………... 57
4.10. Luas penampang pembebanan pada pengujian impak jatuh bebas dengan anvil jenis plat miring ………. 58 4.11. Gaya yang dihasilkan pada pengujian impak jatuh bebas dengan
anvil jenis plat miring ……….. 59 4.12. Grafik tegangan hasil pengujian helmet dengan anvil plat miring 60 4.13. Perbandingan tegangan yang terjadi antara anvil plat miring dan
anvil plat datar ………. 60 4.14. Data impuls pada pengujian impak jatuh bebas dengan
menggunakan anvil plat miring ……….. 61 4.15. Luas penampang pembebanan pada pengujian impak jatuh bebas
dengan anvil jenis setengah bola ... 62 4.16. Gaya hasil pengujian helmet dengan anvil setengah bola …….. 63 4.17. Grafik tegangan hasil pengujian helmet dengan anvil plat miring 63 4.18. Data impuls pada pengujian impak jatuh bebas dengan
menggunakan anvil setengah bola ……… 64 4.19. Luas penampang pembebanan pada pengujian impak jatuh bebas
dengan anvil jenis peluru ……….. 65 4.20. Gaya yang dihasilkan pada pengujian impak jatuh bebas dengan
anvil jenis peluru .………. 66 4.21. Grafik tegangan hasil pengujian helmet dengan anvil peluru …. 67 4.22. Perbandingan tegangan untuk variasi jenis anvil dengan
h = 0,75 m ………... 69
4.23. Energi yang diserap helmet dengan anvil plat datar dilengkapi
Peredam spring ……… 70
4.24. Energi yang diserap helmet dengan anvil plat datar tidak
dilengkapi peredam spring ..……… 71 4.25. Energi yang diserap helmet dengan anvil plat miring ………… 71 4.26. Energi yang diserap helmet dengan anvil setengah bola ……… 72 4.27. Energi yang diserap helmet dengan anvil peluru ……… 72 4.28. Energi impak pada ketinggian 0,75 m dan 0,5 m ……….…….. 73
