BAB I PENDAHULUAN
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Bahan komposit sebagai material pengganti logam dan kayu semakin
banyak digunakan akhir-akhir ini, karena sifat-sifatnya yang unggul seperti ringan, kuat, kaku serta tahan terhadap korosi dan beban lelah [9]. Hal ini merupakan alasan dilakukannya berbagai penelitian tentang bahan komposit. Bahkan sekarang mulai dikembangkan material komposit dari bahan serat alam. Serat alam memiliki keistimewaan karena sifatnya yang dapat diperbaharui (renewable), emisi CO2 yang rendah, serta massa jenis yang rendah [1]. Indonesia merupakan negara yang kaya akan bahan-bahan alam seperti serat alam. Akan tetapi penggunaanya belum optimal, bahkan dianggap sebagai barang sisa yang tidak digunakan lagi. Harganya pun relatif rendah dibandingkan dengan bahan logam atau kayu [1]. Dengan demikian pengembangan material komposit alam sebagai pengganti komposit serat gelas memiliki potensi yang cukup besar di Indonesia. Serat alam yang dapat digunakan sebagai material komposit antara lain serat rami, serat nanas, serat kelapa, dan lain-lain. Serat kelapa diperoleh dari limbah padat. Sampai saat ini, pemanfaatan limbah padat tersebut kurang optimal bahkan menimbulkan masalah baru, seperti sampah yang mencemari lingkungan. Dengan pemanfaatannya sebagai bahan komposit diharapkan dapat meningkatkan nilai jual di pasaran sehingga taraf hidup (perekonomian) para petani meningkat pula. Selain seratnya, serbuk kelapa juga dapat dimanfaatkan menjadi bahan komposit. Serbuk kelapa yaitu bahan yang berupa serbuk atau sekam (granule) yang dipisahkan dari serat kelapa. Bahan ini merupakan bahan yang merekatkan serat-serat kelapa pada struktur kulit buah kelapa. Serbuk kelapa dapat dibuat
1
BAB I PENDAHULUAN
menjadi core struktur sandwich dengan cara dicampur dengan material tertentu sebagai matrik. Salah satu aplikasi dari material komposit alam adalah sebagai struktur sandwich. Struktur sandwich terdiri dari dua bagian yaitu face dan core. Pada tugas akhir ini komposit dari serat rami dan kelapa digunakan sebagai face sedangkan komposit dari sebuk kelapa digunakan sebagai core. Serat rami dan kelapa dipilih menjadi bahan face karena diharapkan kekuatannya lebih tinggi dari pada serbuk kelapa yang bentuknya granule. Sedangkan serbuk kelapa mempunayi berat yang ringan sehingga kombinasi dari kedua struktur ini menghasilkan rasio kekuatan atau kekakuan terhadap berat yang sangat efisien. Namun struktur sandwich ini memiliki kelemahan apabila diberi beban tekan (compressive load). Fenomena ketidakstabilan struktur yang sering timbul adalah tekuk (overall buckling) dan kerut (wrinkling) atau disebut juga local buckling [9]. Overall buckling dapat terjadi pada struktur konvensional maupun struktur sandwich. Namun untuk modus wrinkling tidak terdapat pada struktur konvensional. Oleh karena itu, untuk mengetahui ketahanan suatu batang sandwich terhadap fenomena overall buckling dan kerut (wrinkle), perlu dilakukan suatu analisis mengenai proses overall buckling dan kerut (wrinkle) pada struktur ini. 1.1.1
Gambaran Umum Struktur Sandwich Bahan komposit merupakan bahan yang terdiri dari dua atau lebih bahan
yang berbeda yang digabung atau dicampur secara makroskopis. Ini berbeda dengan paduan atau alloy, yang penggabungan unsur-unsurnya dilakukan secara mikroskopis. Pada bahan komposit, sifat-sifat unsur pembentuknya masih terlihat jelas, sedangkan pada paduan sudah tidak lagi tampak secara nyata. Salah satu jenis bahan komposit yang sering digunakan dalam struktur adalah komposit sandwich. Struktur sandwich didefinisikan sebagai jenis struktur lapis-tiga, terdiri dari dua lapisan pelat tipis yang memiliki kekuatan bahan tinggi. Diantara kedua lapisan tersebut terdapat lapisan tebal yang memiliki kekuatan dan kerapatan rata-rata rendah. Dua lapisan tipis disebut muka (face) dan lapisan tengah disebut inti (core). Kedua bagain ini disatukan dengan ikatan face-core supaya elemen tetap menyatu dan meneruskan beban antara face dan core. Jenis
2
BAB I PENDAHULUAN
ikatan face-core yang sering digunakan adalah adhesive. Susunan lapisan struktur sandwich dapat dilihat pada gambar 1.1. di bawah ini.
Gambar 1. 1 Struktur Sandwich Bagian inti (core) dibuat dengan tujuan sebagai berikut: a. Memisahkan lapisan permukaan agar meningkatkan kekakuan lentur b. Menahan beban geser yang dihasilkan dari beban normal terhadap bidang sandwich c. Menyokong beban tekan dan tarik normal terhadap bidang sandwich Sedangkan bagian muka (face) dibuat dengan tujuan sebagai berikut: a. Permukaan dapat menahan beban tarik, tekan dan geser pada bidang pembebanan sandwich. b. Menahan beban bending, yaitu beban tarik pada satu permukaan dan beban tekan pada permukaan lainnya. Keuntungan struktur komposit sandwich dibandingkan dengan struktur konvensional: a. Memiliki finishing permukaan yang baik dan ketahanan deformasi likal yang tinggi. b. Memliki tingkat kekakuan yang sangat tinggi. c. Memiliki ketahanan terhadap beban lelah (fatigue) yang baik. d. Isolator panas dan akustik yang baik. Kerugian struktur komposit sandwich dibandingkan dengan struktur konvensional: a. Quality control sangat sulit dilakukan. b. Proses
fabrikasi
sulit
dilakukan,
terutama
dalam
merancang
sambungan dan cut out pada pelat tipis.
3
BAB I PENDAHULUAN
1.2
Tujuan Penelitian Setiap tugas akhir yang disusun pada dasarnya memiliki tujuan yang ingin
dicapai. Adapun tujuan dari penyusunan tugas akhir ini adalah: a. Memodelkan proses buckling pada kolom sandwich menggunakan metode elemen hingga berbasis aplikasi MSC.visualNastran for Windows 2003. b. Mengetahui besar beban kritis dari kolom sandwich. c. Menganalisis pengaruh delaminasi antara face dan core terhadap beban kritis yang terjadi. d. Membandingkan karakteristik dan hasil pengujian buckling antara metode
eksperimental
dan
hasil
komputasional
menggunakan
MSC.visualNastran for Windows 2003. 1.3
Rumusan Masalah Dalam tugas akhir ini dilakukan pengujian buckling dengan metode
numerik pada batang sandwich. Proses pelaksanaannya adalah sebagai berikut : a. Pengujian material karakteristik core (serbuk kelapa dan latek) dan face (Serabut Kelapa/Epoxy dan Rami/Epoxy). Material karakteristik core diperoleh dengan cara uji tekan sedangkan karakteristik face diperoleh dengan uji tarik. b. Pengujian dengan menggunakan metode numerik pada batang sandwich
dilakukan
dengan
pendekatan
2D
elemen
hingga
menggunakan perangkat lunak MSC.visualNastran for Windows 2003. c. Analisis hasil pengujian metode elemen hingga. 1.4
Batasan Masalah Batasan masalah yang diambil dalam tugas akhir ini adalah: a. Material yang digunakan adalah komposit dari Serbuk Kelapa/Latek sebagai core dan Serat Kelapa/Epoxy atau Rami/Epoxy sebagai face. b. Struktur sandwich dimodelkan secara dua dimensi pada MSC.Nastran sebagai kolom sempurna
dengan tumpuan sederhana dan beban
uniaksial.
4
BAB I PENDAHULUAN
c. Karena sifatnya yang simetri, maka untuk model buckling dan wrinkling dapat digunakan pemodelan setengah kolom. d. Model yang digunakan adalah model overall buckling, wrinkling, dan model dengan variasi ketebalan untuk kedua jenis face. e. Geometri model berdasarkan percobaan yang telah dilakukan sebelumnya oleh Aseno [3], Jarnoko [11], dan Panggabean [13].
1.5
Sistematika Pembahasan Dalam rangka mempermudah pemahaman inti yang disampaikan, berikut
disajikan sistematika pembahasan dari tugas akhir ini : BAB 1 : PENDAHULUAN Berisi latar belakang masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, metode penyelesaian masalah, dan sistematika pembahasan. BAB 2 : DASAR TEORI Berisi tinjauan literatur mengenai pengertian dan konsep buckling dan teori tentang batang sandwich serta jenis kerusakan yang terjadi pada batang sandwich. Juga berisis tentang pendekatan elemen hingga yang digunakan. BAB 3 : PENGUJIAN SIFAT MEKANIK MATERIAL Menguraikan tahapan pembuatan material yang dipakai sebagai penyusun sandwich, prosedur dan hasil pengujian tarik dan tekan material tersebut. BAB 4 : PEMODELAN ELAMEN HINGGA Menguraikan deskripsi dan tahapan pemodelan batang sandwich yang dilakukan dengan menggunakan MSC.visualNastran for Windows 2003. BAB 5 : HASIL DAN PEMBAHASAN Menyajikan data dan hasil pengujian buckling serta data dan hasil pemodelan numerik menggunakan MSC.visualNastran for Windows 2003,
kemudian
keduanya
dibandingkan.
Data-data
tersebut
selanjutnya dianalisis.
5
BAB I PENDAHULUAN
BAB 6 : KESIMPULAN DAN SARAN Berisi kesimpulan dari hasil analisis numerik dan ekperimental serta saran untuk pengembangan selanjutnya.
6
