BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Sejarah Helma Sepeda Helmet sepeda pada umumnya ringan, bentuk dominan dari helm sampai
dengan tahnn 197A adalah model
kulit hairnet. Hal ini menawarkan perlindungan
diterima dari goresan dan luka, tetapi perlindungan dampak hanya minimal, dan terutama digunakan oleh pengendara sepeda balap [6].
2.1. Gambar Helmet Sepeda [7] Penggunaan yang lebih luas helmet mulai di Amerika Serikat
padal97}-an.
Setelah beberapa dekade ketika sepeda dianggap hanya sebagai mainan anak-anak
akhirnya orang dewasa Amerika banyak melakukan aktivitas bersepeda dan kemudian booming sepeda pada tahun 1970-an [6].
Dua dari helmet sepeda modem
per&ama
dibuat oleh MSR, produsen
peralatan mountaineering dan Bell Olalvaga, produsen helmet untuk balap mobil
dan sepeda motor. Hal ini bisa dibilang sebagai tonggak Sejarah Desain helmet Sepeda Modern. helmet
ini
adalah spin-aff'dari pengembangan liners busa
polystyrene diperluas untuk helm sepeda motor dan motorsport, dan merniliki cangkang yang keras dari plastik polikarbonat. Secara komersial pertama yang sukses merancang helmet sepeda untuk tujuan komersial adalah Biker Bell, shell
plastik berlapis keras dirilis pada tahun 1975
161.
Sekitar tahun 1990 sebuah teknik konstruksi baru ditemukan dicetakan microshelL sebuah shell sangat tipis didirikan selama proses pencetakan. Hal ini
dengan cepat menjadi teknologi dominan, memungkinkan untuk ventilasi yang lebih besar dan bentuk kompleks lebih dari cangkang keras. Penggunaan hard shells
menurun dengan cepat
di
arfiara populasi sepeda umum selama tahun 1990-an,
hampir menghilang pada akhir dekade ini, namun tetap populer dengan pengendara
BMX
serta
inline skater dan pemain skateboard. Akhir 1990-an dan awal 2000-an
melihat kemajuan dalam retensi dan sistem pas, menggantikan sistem lama dari
berbagai ketebalan bantalan dengan menyesuaikan dengan anatomi kepala pengendara. Hal ini juga mengakibatkan bagian belakang kepala menjadi kurang
ditutupi oleh helmel, dengan dasar pertimbangan bahwa dampak ke daerah ini sangat jarang
2.2.
ditemui [6].
Desain llelmet Sepeda Helmet sepeda dirancang untuk melindungi dan mengurangi dampak pada
tulang kepala (tengkorak) seorang pengendara sepeda ketika jatuh
dan
meminimalkan efek samping seperti gangguan penglihatan tepi karena benturan tersebut, helmet yang digunakan oleh pengguna sepeda, didesain berbeda dari helm sepeda motor karena kecepatan sepeda hanya sekitar 15 km/jam.
Walaupun
di Indonesia belum diwajibkan untuk menggunakan helmet
sepeda tetapi sudah banyak digunakan oleh masyarakat dalam kegiatan bersepeda
santai di hari libur, tetapi pada olah raga balapan sepeda atau kejuaraan sepeda gunuog helmet sudah diwajibkan. Desain adalah proses perubahan informasi terhadap syarat-syarat kebutuhan
sebuah produk menjadi pengetahuan produk dan proses. Kegiatan ini bertujuan
untuk menciptakan dan mengevaluasi produk sesuai dengan tujuan yang ingin dicapai.
Desain teknik dapat didefinisikan sebagai proses menerapkan berbagai
teknik dan prinsip-prinsip ilmiah untuk tujuan mendefinisikan proses tersebut dengan cukup terperinci untuk kemungkinan proses realisasi lebih
lanjut.
Suatu
desain produk yang baik dapat menghasilkan pengembangan produk yang baik
pula. Desain didasarkan pada kelebihan produk, praklis dalam pembuatan, ongkos fabrikasi yang relatif murah, pemasaran dan faktor kombinasi yaitu apakah desain produk tersebut memenuhi persyaratan yang dibutuhkan pelanggan.
Prinsip dasar proses desain adalah untuk memperkecil pernakaian bahan,
untuk mendaur ulang, karena ketidaksesuaian dengan kebutuhan, untuk menghindari kerja ulang (rework) terhadap produksi, efisiensi dan kesesuaian terhadap standar.
Langkah- langkah proses desain sebagai berikut [1]:
1.
Identifikasi kebutuhan ialah sebagai gambaran dan pernyataan masalahyang samar-samar yang dikembangkan dan sebuah informasi.
2.
Sepenuhnya mendefinisikan dan memahami masalah, setelah itu adalah
mungkin untuk memulai tujuan.
3.
Defenisikan kebutuhan yang lebih masuk akal dan realistis dari pada pemyataan masalah asli.
4.
Ciptakan sebuah spesifikasi tugas yang terinci dan membuat batasan masalah.
5.
Buat sebanyak mungkin alternatif pendekatan desain, biasanya pada tahap ini menentukan nilai atau kualitas. Pada langkah ini merupakan penemuan ide terbesar.
6.
Penyelesaian langkah sebelumnya, yakni menganalisa
dengan
menentukan diterima, ditolak atau dimodifikasi produk desain. Solusi yang paling menjanjikan dipilih.
7. Penentuan desain yang dapat diterima dan dipilih. 8. Ini merupakan langkah yang detail dimana dilakukan pembuatan gambar teknik lengkap, identifikasi pemasok (vendor), serta membuat spesifikasi manufaktur dan lainJain.
9.
Merealisasikan desain dengan membuat pratotype.
10. Dan akhimya menentukan kuantitas produksi.
Daiam mendesain helmet sepeda juga deperlukan mempertimbangkan menentukan konstruksi material yang digunakan sehingga helmet yang di desain
tidak berat.
Aktifitas bersepeda adalah aktivitas olahraga yang secara signifikan meningkatkan suhu tubuh dan kepala. Oleh sebab itulah helmet sepeda haruslah mempunyai 2 sifat,
yaitu ringan dan mempunyai ventilasi. Selain itu pengguna
helrnet sepeda memilih helmet yang nyaman dan trend. Bentuk dan struklur lrclmet sepeda
di pasaran, seperti diperlihatkan pada Gambar 2.2.
(d)
(c)
Ganrbar 2.2. Bentuk dan struktur hehnet sepeda di pasaran
(a) jenis
lull face (b), (c)
dan (d) jenis ha$'JitcelT)
Perbedaaan antaru kedua jenis full face dan half/hce ini diperlihatkan pada Tabel 2. l.
Tabel2.l . Perbedaan antara helmet full .face dengan hal./'face
Aspek
Fullface
Halffuce
Keamanan
Lebih aman
Aman
Ventilasi
Sedikit
Banyak
Visibilitas
Memandang satu arah
L87.
Pertimbanean
ke
dapat melihat bagian
depan
samplng
Massa
Ringan
Lebih ringan
Kenyamanan
Nyaman
Lebih nyaman
Adapun konstruksi helmet secara garis besar terdiri atas[3] 1.
:
Lapisan luar yang keras (hard outer shelfi
Didesain untuk dapat pecah jika mengalami benturan untuk mengurangi dampak tekanan sebelum sampai ke kepala. Lapisan ini biasanya terbuat
dari bahan plastic, fiberglass, polycarbonate dan lain-lain. 2. Lapisan dalam yang tebal {inside
Di
sltell or ltner)
sebelah dalam dari lapisan luar adalah lapisan yang sama pentingnya
untuk dampak pelapis penyangga. Biasanya dibuat dari
bahan
polystyrene (styrofoarl). Lapisan tebal ini memberikan bantalan yang berfungsi menahan goncangan sewaktu helmet terbentur benda keras sementara kepala masih bergerak. a
1
Lapisan dalam yang lunak (comfort padding)
Merupakan bagian dalam yang terdiri dari bahan lunak dan kain untuk menempatkan kepala secara pas dan tepatpada rongga helmet.
Tali Pengikat Bagian penting lainnya dalam hehn ada tali pengikat helmet. Helmet
tidak akan berfungsi dengan baik kalau tidak dilengkapi atau tidak mengikatkan tali pengikatnya. Komponen Helmet Sepeda dapat dilihat pada Gambar2.3.
outer shell
lnside shell
Gambar 2.3. Komponen Helmer Sepeda[7]
2.2.1
Standarisasi Helmet Sepeda
Helmet yang digunakan oleh masyarakat di negara maju pada umumnya sudah mempunyai standard tertentu sesuai dengan peraturan yang ditetapkan oleh
pemerintahnya. Diantara standar-standar helmel sepeda yang dikenal luas dan banyak menjadi referensi antara lain Australia Standard (EN 397. AS/I{ZS 1801.SS98), European&N helmet standard (EN 1078.1990) dan lain-lain.
Untuk masing-masing standar memiiiki klasifikasi yang berbeda berdasarkan kegunaan dan material yang digunakan. ANSI mengelompokkan dalam dua tipe:
l. Helmet yang digunakan
untuk melindungi kepala dari benda yang jatuh
bebas dari ketinggian tertentu umumnya digunakan oleh pekeqa konstruksi, sedangkan.
2. Helmet yang digunakan untuk melindungi kepala dari benda yang jatuh bebasjuga dari benda yang datangdari arah lateral baik dari arah depan, samping dan belakang umumnya digunakan oleh petugas pemadam kebakaran.
2,3.
Bahan Komposit Bahan komposit adalah material rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih
material menjadi suatu jenis material baru yang sifat dan karakteristiknya masih didominasi oleh sifat bahan pembentukya dimana material yang digabung memiliki sifat masing-masing yang berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun sifat fisikanya. Bahan komposit terdiri dari dua bagian utama di antaranya: matrik
dan penguat (reinforcement). Fasa matrik adalah bahan fasa kontiniu yang selalu kaku, dan rapuh, sedangkan fasa penguat tidak kaku dan kuat, akan tetapi fasa penguat
ini lemah. Penggabungan kedua fasa tersebut menghasilkan bahan yang
dapat mendistribusikan beban yang diterima
di sepanjang penguat, sehingga bahan
menjadi lebih tahan terhadap pengamh beban tersebut. Penguat umumnya berbentuk serat, rajutan, serpihan, dan partikel, yang dibenamkan kedalam fasa matrik, penguat merupakan fasa diskontinu yang selalu lebih kuat dan tidak kaku
dari pada matrik dan merupakan kemampuan utama bahan komposit dalam menahan beban [9].
1_0
Bahan komposit memiliki banyak keunggulan, diantaranyaberat yang lebih ringan, kekuatan dan ketahanan yang lebih tinggi, tahan korosi dan ketahanan aus.
Gambar 2.4. Gabunsan makroskopis fasa-fasa pembentuk komposit
Keunggulan komposit dapat dilihat
dari sifat-sifat
bahan
pembentuknya serta ciri-ciri komposit itu sendiri, antara lain:
a. Bahan ringan, kuatdankaku. b. Struktur mampu berubah mengikuti perubahan keadaan sekitarnya.
c. Unggul atas sifat-sifat bahan teknik yang diperlukan; kekuatan yang tinggi, keras, ringan serta tahan terhadap irnpak.
Bahan komposit polymeric foam terdin dari polyester resin tak jenuh dan
hlowing agent. Blowing agent yang digunakan dalam penelitian ini adalah; polyol dan isocyanate. Sementara untuk msmpercepat proses polimerisasi digunakan katalis jenis Merhyl Ethil Keton Perokside (MEKPO).
2.3.1. Polyester resin tak jenuh (BQTN 157-EX) Polyester resin BQTN 157-EX merupakan polimer kondensat yang terbentuk berdasarkan reaksi artara polyol yang merupakan organik gabungan dengan alkohol multiple atau gugus fungsi hidroksi, dan polycarboxylic, yang mengandung ikatan ganda. Tipikal jents polyol yang digunakan adalah glycol, seperti ethylene glycol. Sementara asarn polycarboxylic yang digunakan adalah asamphthalic danasammaleic.Adapun jenis polyester resin yang digunakan dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 2.5
Gambar 2.5. Resin Unsaturated Polyester BQTN-157 EX
1,1
Polyester resin tak jenuh adalah jenis polimer thermosef yang memiliki struktur rantai karbon yang panjang. Matrik yang berjenis ini memiliki sifat dapat mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan
ketika proses pembentukan [10].
Polyester tergolong jenis polimer thermoset ,vang memiliki sifat dapat mengeras pada suhu kamar dengan penambahan katalis tanpa pemberian tekanan
ketika proses pembentukannya [10]. Struktur bahan yang dihasilkan berbentuk
crosslink dengan keunggulan daya tahan yang lebih baik terhadap jenis pembebanan statik dan impak. Hal tersebut disebabkan oleh molekul yang
dimiliki
bahan dalam bentuk rantai molekul raksasa, atom-atom karbon yang saling mengikat satu dengan lainnya mengakibatkan struktur molekulnya menghasilkan efek peredaman yang cukup baik terhadap beban yang diberikan data karakteristik mekanik bahan polye,ster resin tak jenuh seperti terlihat sebagai berikut [10]. Tabel 2.1. Karakteristik mekanik polyester resin tak jenuh [10]. Sifat Mekanik .-1
kg.m -
Berat Jenis (p)
I;
sld 1,5
Modulus Young { E}
GPa
2 #d 4,5
Kekuatan Tarik (o1)
(MPa)
40 sde0
Sumber : Georgios Koronis, etal.,2012
2.3.2. Blowing
agent
Blowing agent adalah bahan yang digunakan untuk menghasilkan struktur berongga pada komposit yang dibentuk. Jenis blowing agent yang digunakan dalam
penelitian
ini
adalah palyurethane. Bentuk
polyol dan isocyanate yang
dipergunakan dalam penelitian ini diperlihatkan pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6. Blowing agent
12
Polyurethane adalah suatu jenis polimer yang mengandung jaringan urethane yaitu -NH-CO-O-. Polyurethane dibentuk oleh reaksi senyawa isosianat yang bereaksi dengan senyawa yang memiliki hydrogen al
nitrogen yang bermuatan pada kelompok alkohol (polyol) akan membentuk ikatan
urethane antara dua unit monomer dan menghasilkan dimer urethane. Reaksi isosianat ini akan membentuk amina dan gas karbon dioksida (COz). Gas ini yang
kemudian akan membentuk busa pada bahan polirner yang terbentuk
[g] Bahan
yang terbentuk dari campuran blawing agent dan polimer disebut dengan bahan pa lyme r i c /b
am. Bahan po lyme r ic fo am bany ak ditemukan sebagai busa kaku dan
fleksibel yang digunakan sebagai pelapis atau perekat bahan. Berdasarkan sifat mekaniknya bahan ini memiliki 4 (empat) sifat penting
di antaranya [8]: 1. Sifat Elastik
silbt ini berhubungan dengan sifat kekakuan bahan yang terdiri dari geometri, bentuk dan mikrostruLtumya.
2. Sifat Viskoelastik
sifat peredaman solid bahan, sifat ini merupakan efek dari bentuk geometri bahan tersebut.
3. Sifat Akustik sifat ini berhubungan dengan sifat media yang dilewati oleh perambatan
suara akibat bentuk struktur yang berongga akan memudahkan gelombang udara masuk kedalam bahan dan terserap atau terperangkap sebagian besar ke dalam struktur tersebut. Dengan demikian suara yang
keluar dan atau dipantulkan oleh bahanpolymericfoam akan mengalami pelemahan.
4. Sifat Viskoakustik.
sifat ini berhubungan dengan peredaman fluida yang dihubungkan dengan geometri, bentuk mikrostruktumya yang sama dengan sifat elastiknya.
13
2.3.3. Katalis MEKPO Katalis merupakan bahan kimia yang digunakan untuk mempercepat proses
reaksi polimerisasi struktur komposit pada kondisi suhu kamar dan tekanan atmosfir. Jenis katalis yang digunakan adalah jenis Methyl Ethyl Keton Peroksida
(MEKPO), seperti diperlihatkan pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7.Katalis
Pemberian katalis dapat berfungsi untuk mengatur waktu pembentukan gelembung blowing agen4 sehingga tidak mengembang secara berlebihan, atau
terlalu cepat meogeras yang dapat mengakibatkan terhambatnya pernbentukan gelembung.
2.3.4. Serbuk tandan kosong kelapa sawit (TKKS) Lirnbah berbentuk padat dari pabrik kelapa sawit umumnya berbentuk tandan kosong, cangkang dan serat buah.Dari berbagai jenis komponen limbah
pabrik kelapa sawit yang dihasilkan, tandan kosong kelapa sawit (TKKS) merupakan komponen yang paling banyak. Secara umum pengelolaan limbah terdiri dari dua aspek yaitu penanganan
limbah dan peman f aatan I imbah. Pen atgaflan I i mbah untuk men guran g i day a cemar dan pemanfaatan limbah untuk mendapatkan nilai tambah.
Beberapa penelitian yang sudah dilakukan untuk memanfaatkan tandan kosong kelapa sawit adalah sebagai bahan baku pembuatan pulp (Darnoko dkk, 1995), Penelitian menunjukkan bahwa kandungan seratnya cukup tinggi sehingga tandan kosong kelapa sawit dapat digunakan sebagai bahan pengisi polimer, seperti
bahan pengisi jenis kayu dan turunan selulosa, karena harganya murah, ringan dan dapat diperbaharui.
t4
Untuk penguat komposit digunakan serbuk TKKS yang akan dicampurkan kedalam matrik. Tiap kandungan serbuk TKKS secara fisik mengandung bahanbahan seperti lignin (16,19 7o), selulosa{M,14%) dan hemiselulosa {19,28o/o)yang
mirip dengan bahan kimia penyusun kayu [10]. Adapun serbuk TKKS tersebut diperlihatkan pada gambr 2.8 dengan menggunakan saringan ASTM MESH 40.
Gambar 2.8. Serbuk TKKS
Penelitian yang dilalrukan oieh sebuah institusi komersial terhadap komposisi bahan kimianya diketahui bahwa kandungan serat TKKS merupakan kandungan terbesar seperti terlihat pada Tabel 2.2 yang mampu memberikan sifat mekanik yang cukup baik terhadap bahan komposit yang akan dibentuk. Tabel 2.2. Parumeter tipikal TKKS per kg [10].
No
Bahan-Bahan
Kandungan
Komposisi (%)
Uap air
5.40
Protein
3.00
Serat
35.00
Minyak
3.00
Kelarukn air
16.20
Kelarutan unsur alkali 1o/o
29.30
Debu
5.00
K
1.71
Ca
0.14
Mg
0.12
P
0.06
1;N{n,Zn, Cu, Fe
1.07
TOTAI
100,00
15
Permasalahan yang dihadapi pada penggunaan limbah dari TKKS adalah terdapat kandungan zat ekstraktif dan asam lemak yang sangat tinggi, sehingga
dapat menurunkan sifat mekanik bahan yang dibentuk. TKKS segar dari hasil
pabrik kelapa sawit umumnya memiliki komposisi lignoselulose 3A,5Yo, minyak 2,5Yo dan air 670/o, sedangkan bagian lignoselulose sendiri terdiri dari lignin 16,l9a/o, selulase 44J4qh danherniselulose lg,2\o/o [1 1]. Sehingga pada pembuatan
bahan
ini TKKS terlebih dahulu direndam kedalam larutan lM NaOH selama
sehari, kemudian dicuci dengan air bersih, dan dikeringkan pada suhu kamar selama
kurang lebih 3 hari [12].
2.4.
Komposisi Material yang digunakan Pada penelitian
ini material yang dikembangkan pada penelitian ini yaitu
komposit polimer busa diperkuat serbuk TKKS sebagai bahan teknik alternatif. Komposit
ini
menggunakan unsaturated palyester resin (UPR) sebagai matrik dan
serbuk TKKS yang telah dilreatmenr, sebagai penguat. Polyurethene digsnakan sebagai blowing agent dengan perbandingan Isocyenate 60Yo danPo$tol 4\o/o.Dari
material diatas dibuat dalam beberapa spesimen uji yang divariasikan ke dalam tiga
komposisi seperti diperlihatkan pada tabel 2.3 . Tabel 2.3. Komposisi spesimen
Nama
Blowing
Resin Serbuk
Katalis
Massa
Agent
(:%) (%)
(%i)
jenis
(%) Komposisi
(kg/m3)
1
25
70
436
Komposisi 2
35
60
394
Komposisi 3
45
50
t93
Seperti diperlihatkan pada gambar 2.9 dari hasil uji densitas diketahui bahwa
peningkatan densitas berbanding Terbalik dengan penambahan Blowing Agent semakin banyak blowing agent maka densitas semakin kecil.
1"6
Grafik Densitas vs komposisi
b0
M 6J
() t-t
ffiffiffi ABC
Komposisi
Gambar. 2.9. Perbandingan Densitas
Harga Modulus elastisitas untuk masing-masing komposisi
seperti
diperlihatkan pada gambar 2. l0 Dimana modulus elastisitas material berbanding terbalik dengan penambahan Blowing Agent.
Grafi k Modulus Elastisitas 250
a
200
a
150
!S
100
i
8*r.10{311627 -*",147,1107089
.\
rl
'\"
50 .1,
.q,
rr,rrrrro*u
0
o
1234 Komposisi
Gambar. 2. 1 0. Perbandingan Modulus Elastisitas
Selain Modulus elastisitas, diperoleh pula kekuatan tarik material seperti diperlihatkan pada gaw:fiar 2.11.
Grafik Kuat Tarik t :-e
z -:d k(i1
* 4.39393824 *"'. "*-
d.
\=*1,+earser0
)
'..\ \r"-^
rl
_d1
ry
1.16997984
0
0,5
1,5
1
2f
Komposisi
Gambar. 2.1 1. Perbandingan Kekuatan Tarik per komposisi
17
Dari uji tekan statik diketahui bahwa
penambahan Blowing Agent
berbanding terbalik terhadap kekuatan tekan material, seperti diperlihatkan pada gambar 2.12.
Grafik Kuat Tekan 12
o. 10
e
&.to,zsozo+z
I
{q
6
o
F
\. a\
4
'ffi,,2,43612ss
a
M
_*
0
0,s16229138
1234 Komposisi
Gambar. 2.l2.Perbatdingan Kekuatan Tekan per komposisi
Dari uji bending didapat kuat lentur masing-masing komposisi diperlihatkan pada gambar 2.13.
Grafik Kuat Lentur 11
3- 10
AB
&.10,s3342872
----..6,0ae7s876
Eb o J4
d,
gz d
s47s21s01
0 2
Komposisi
Gambar 2.13. Perbandingan Kekuatan Lentur per komposisi
Material yang digunakan adalah material komposisi C. Karena memiliki nilai Densitas yang lebih rendah dari komposisi A dan B. semakin rendah densitas yang didapat maka massa helmet sepeda yang dihasilkan akan semakin ringan.
2.5.
Uji Impak Jatuh Betras Selama ini helmet industri diuji menggunakan standar teknik jatuh bebas.
Menggunakan alat uji impak jatuh bebas, helmet yang akah diuji ditempatkan di atas sebuah head form dan dihantam dengan striker dan ketinggian tertentu dengan
L8
cara jatuh bebas. Pengujian standard
ini bertujuan untuk melihat sejauh mana
kemampuan helmet dalam menyerap energi impak (impact energ/ resr), Selain itu
uji
standar juga bertujuan meneliti kepatahan rusak helmet Qtenetration test) yang
memungkinkan merusak lapisan cangkang helmet seperti yang terlihat pada gambar
2.14.
tn tt
I
Keterangan gambar:
l. Framebase 2. Supporttable 3. Loqdcell 4. Tetlonbase 5. Bottombase
Ball endpenetrator
6.
7. Anvilsupport
Arril
8.
9. Helmet
lA. I
l.
Test
rig
Pipa peluncur
Gambar 2.14. Alat uji impak jatuh bebas
2.5.1. Gerak Jatuh
Bebas
Benda jatuh tanpa kecepatan awal
(vo: nol).
Semakin ke bawah gerak benda
semakin cepat.Percepatan yang dialami oleh setiap benda jatuh bebas selalu samq
yakni sama dengan percepatan gravitasi bumi
(a:
g) (besar
g:
9,8 ms-2 dan sering
dibulatkan menjadi 10 ms-2).
Jika benda jatuh ke bumi dari ketinggian tertentu relatif lebih kecil dibandingkan dengan
jari-jari bumi, maka benda mengalami pertrambahan
kecepatan dengan harga yang sama setiap detik. Hal ini berarti bahwa percepatan ke bawah benda bertambah dengan harga yang sama dan
jika
sebuah benda tersebut
ditembakkan keatas kecepatannya berkurang dengan harga yang sama setiap detik dengan perlambatan kebawahnya seragam.
Menurut Khurmi R.S, untuk menentukan kecepatan benda jatuh bebas setiap detik akan diperoleh pendekatan seperti yang terlihatpadatebel}.A.
1q
Tabel 2.4. V/aktu dan kecepatan benda jatuh
Waktu t (s)
0
Kecepatan
v (m/s)
9,8
0
19,6
29,4
39,2
49
Dari data Tabel 2.4 dapat digambarkan sebuah grafik hubungan antara kecepatan dan waktu yang juga merupakan sebuah persamaan garis lurus seperti pada Gambar
2.15 Jadi percepatan seragam dapat diperoleh dengan persamaan
(2"1).
Gra{ik v - t
;60 e40 H
Garis
Hzo
Lurus
-Pers.
M
0
.r.-t-T-.
:
l-^.
05
10
Waktu
t (s)
Gambar 2.15. Gra{tk hubungan v
-t
Jika hambatan udara diabaikan maka gerak bendajatuh bebas tersebut dapat
dihitung dengan percepatan seragam melintas melalui sebuah garis lurus, sehingga percepatan diganti dengan percepatan gravitasi g. Untuk gerakan ke bawah nilai percepatan identik dengan nilai positif dari gravitasi (+ g; yang berarti percepatan), dan untuk gerakan ke atas
nilai percepatan identik dengan nilai positifdari gravitasi
(-g; yang berarti perlambatan) t13I
2.5.2. Gerak Lurus Perpindahan adalah sebuah perubahan kedudukan
ini merupakan
besaran
vektor yang memiliki jarak dan arah.Percepatan dapat didefinisikan sebagai laju
20
perubahan kedudukan terhadap r,vaktu. Ini juga merupakan besaran vektor yang
memiliki jarak, arah, dan waktu. Percepatan seragarn yang
dimiliki partikel yang bergerak dengan kecepatan
konstan pada lintasan lurus atau dimiliki partikel yang melintasi perpindahan yang sama dalam selang waklu yang sama berturut-turut walaupun kecilnya perubahan
waktu. Satuan perpindahan dapat diukur dengan meter (m), dan kecepatan dapat diukur dalam meter /detik (ms-'), sedangkan percepatan diukur dalam meter/detik kuadrat (ms-') Persamaan gerak lurus percepatan seragam dapat dijelaskan pada Gambar 2.16.
s
=v.t
(2.2) l':.(v"+e1 =s,1
s=7:.(l'o+v).t
Gambar 2.16. Diagram kecepatan
-
waktu
Perpindahan digambarkan dengan luas daerah dibawah grafik kecepatan- waktu.
Av
Av Y='o*A, 'v=votat Lr=n;
Dengan mensubstitusikan (uo
+at)
kedalam persamaan
(2.3)
t= /2{r, + u).t
maka diperoleh jarak perpindahan sebesars - (uo.r * )(.of).nengan mensubstitusikan waktu t
=u -vo kedalam persamaan , = /2(ro a
rumus kecepatan v2 : vo2 + 2as. Jika
vo: 0, maka vz :
+ v).t
,
diperoleh
2.as, sehingga persamaan
meniadi:
untuk kasus jatuh bebas maka a: g dan
s
-
h, sehingga besarnya kecepatan
diperoleh dengan persamaan (2.5).
?7
Dimana:
v: kecepatan benda jatuh bebas, (m/s). g - gaya grafitasi, (m/s'). h: ketinggianjatuh benda, ( m). 2.5.3. Momentum dan Impuls Momentum dan Impuls adalah sebagai satu kesatuan karena momentum dan Impuls dua besaran yang setara. Dua besaran dikatakan setara seperti momentum dan Impuls bila memiliki satuan Sistem Internasional (SI).
Impuls didefinisikan sebagai gayayangbekerja dalam wakru singkat secara matematis ditulis
I)imana:
I:
irnplus
F:
gaya (N)
t:
waktu (s)
--D
I
Gambar 2.17. Grafik Gaya vs waktu Sebuah benda bergerak dikatakan mempulyai momentum yang dinyatakan dengan hasil kali massa dengan kecepatanbenda tersebut. Hal ini dapat dinyatakan dengan persamaan (2. 7).
P:
m.v
{2.7)
Dimana:
P
:
momentum, (kg.m/s).
22
m
v:
:
flrassa, (kg).
kecepatan, (ms-l).
Sesuai dengan hukum
F:
II Nervton
:
m.a
'v2-u7lj : m.t2-tl
l:*.8 Au F.At: m.Av
l: m.vz - m.vl r: AP.
.....(2.8)
Sehingga dapat di simpulkan impuls merupakan perubahan momentum
2.5.4. Gaya impak Gaya impak dapat dihitung dengan menggunakan persamaan impuls
F:
:
I At AP
At
, _ Dimana
m.v2-_m.v1
:
F : Gaya (N) I : Impuls (N.s) AP:
Perubahan momentum (kg.m1s)
m:
Massa benda yang bergerak (kg)
v : Kelajuan benda (*r-') 2.5.5. Tegangan Apabila sebuah batang atau plat dibebani sebuah gaya maka akan terjadi gaya reaksi yang sama dengan yang arah berlawanan. Gaya tersebut akan diterima
sama rata oleh setiap molekul pada bidang penampang batang tersebut. Jadi tegangan adalah suatu ukuran intensitas pembebanan yang dinyatakan oleh gaya dan dibagi oleh luas di tempat gaya tersebut bekerja.
Tegangan ada bermacam-macam sesuai dengan pembebanan yafig diberikan. Komponen tegangan pada sudut yang tegak lurus pada bidang ditempat
23
bekerjanya gaya disebut tegangan langsung. Pada pembebanan tarik akan terjadi tegangan tarik maka pada beban tekan akan terjadi tegangan tekan.
Biasanya dinyatakan dalam bentuk persentasi atau tidak dengan persentasi.Besarnya tegangan menunjukkan apakah bahan tersebut mampu menahan perubahan bentuk sebelum patah.Makin besar teg angansuatu bahan maka
bahan itu mudah dibentuk Maka, rumus tegangan seperti terlihat pada persamaan
(2.1r) o=
F
*
....(29)
Dimana:
o : Tegangan OI/m') F : gaya (Newton) Ao:
2.6,
luas penampang awal (m2)
Mekanisme Retak tegang Komposit Retak tegang merupakan perpatahan getas yang terjadi karena tegangan
tarik atau tekan yang melebihi kemampuan yang bisa diterima oleh sebuat material komposit. tegangan yang terjadi melebihi dari batas maksimum tegangan yang diizinkan diujung retak Qtre crack), seperti yang diungkapkan
oleh Joseph e. Shigley Larry D. Mitchell, tentang teori kegagalan (Failure
Theories). Inisiasi retak diperkirakan terjadi pada daerah yang mempunyai kosentrasi tengangan yang tinggi yaitu diujung retak. Kemudian merambat
kekiri dan kanan pelat pada beberapa tipe keretakan atau patahnya material yaitu; patah, rapuh, patah ulet, dan patah akibat faktor kelelahan (fatique). Dengan adanya ilmu mekanika keretakan sehingga dapat dilihat ketangguhan
retak bahan, ukuran retak dan tingkat tegangan saling terkait dalam hal untuk memperkirakan keretakan dari struktur yang mengalami patah. Komposit
polimer merupakan komponen rekayasa dalam skala makro (engineering macroscale) yang tersusun dari kombinasi dua atau lebih material yang menghasilkan kemampuan dan sifat-sifat mekanik lebih baik komponen itu berdiri sendiri[14].
dari
padr-
2.1.
Simulasi Numerik Untuk menyelesaikan permasalahan numerik digunakan alat bantu software
Ansys, ansys adalah aplikasi desain yang di gunakan & di akui secara internasional
untukmensimulasikanFinite Element Model &,Analisis gunamemudahkanproject
owfley, engineer
&
designer untuk secara cepat membangun model penuh
berdasarkan kebutuhan. Program Ansys
ini dikembangkan di Amerika Serikat oleh
National Aeronautics and Space Adrninistrarlon (NASA). Perangkat Schwendler Corporation adalahprogram analisa elemen hingga untuk analisa tegangan(s/res's),
getaran (vibration), dan perpindahan panas (heat transfer) dari struktur dan komponen mekanika. Dengan Ansys, kita dapat mengimport geometri cAD {Computer Aided Design) atau dengan membuat geometri sendiri dengan Ansys.
Metode elemen hingga merupakan metode yang digunakan oleh para engineer untuk menyelesaikan permasalahan teknik dan problem matematis yang
dihadapinya. Adapun permasalahan teknik dan problem matematis yang dapat diselesaikan dengan menggunakan metode elemen hingga dapat dibagi dalam dua
kelompok, yaitu masalah analisa struktur dan non struldur. Permasalahan dalam bidang stuktur meliputi analisa tegangan, buckling, dan analisa getaran. Sedangkan dalam bidang non strukfur meliputi masalah perpindahan panas, mekanika fluida, dan distribusi potensial
listrik dan magnet.
Dalam persoalan-persoalan yang menyangkut geometri yang rumit, seperti persoalan pembebanan terhadap struklur yang komplek, pada umumnya sulit
dipecahkan melalui analisa matematika.
Hal ini
disebabkan karena analisa
matematika memerlukan besaran atau harga yang harus diketahui pada setiap
titik
pada struktur yang dikaji. Penyelesaian analisis dari suatu persamaan differensial suatu geometri yang
komplek, pembebanan yang rumit, tidaklah rnudah diperoleh. Formulasi dari metode elemen hingga dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan
ini. Metode
ini akan mengadakan pendekatan terhadap harga-hargayangtidak diketahui setiap
titik
secara diskrit.
Mulai dengan pemodelan dari suatu benda dengan membagi-
bagi dalam bagian yang kecil yang secara keseluruhan masih mempunyai sifat yang sama dengan benda yang utuh sebelum terbagi dalam bagian yang kecil (diskrisasi).
25
Secara umum langkah-langkah yang dilakukan dalam metode elemen hingga dapat dijelaskan sebagai berikut: 1. Pemilihan tipe elemen dan diskritisasi
Tipe elemen yang digunakan dalam metode elemen hingga ini adalah elemen segitiga dan segi empat untuk kasus dua dimensi, sedangkan kasus-kasus tiga dimensi digunakan elemen tetrahedral, heksagonal, dan
balok. Selanjutnya bagilah benda tersebut dalam elemen-elemen, langkah ini disebut langkah diskritisasi.
2. Pemilihan fungsi pemindaharlfungsi interpolasi Jenis-jenis fungsi yang sering digunakan adalah fungsi linear, fungsi kuadratik, kubik, atau polinomial derajat tinggi.
3. Mencari hubungan s tra in-d isp I acement dan sFress- s train.
26
