SIMULASI DINAMIK STIK GOLF WILSON MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS 14.0
SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
AHMAD FAIZ RAMADHAN HASIBUAN 070401003
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2013
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik pada Fakultas Teknik Departemen Teknik Mesin di Universitas Sumatera Utara.. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih yang sebesarbesarnya kepada berbagai pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Terimakasih saya ucapkan yang sebesar-besarnya kepada: 1. Orang tua saya tercinta dan adik-adik saya yang tersayang, yang telah banyak berperan memberikan bantuan moril maupun materil selama perkuliahan sampai penyusunan tugas akhir ini. 2. Bapak Prof.Dr.Ir Bustami Syam, MSME selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan arahan dan bimbingan hingga selesainya tugas akhir ini. 3. Departemen Teknik Mesin FT USU serta seluruh staf pengajar, tempat saya menimba ilmu. 4. Bapak/ibu mahasiswa s2 MTM FT USU yang sudah banyak membantu dalam penyelesain tugas akhir ini. 5. Rekan-rekan mahasiswa DTM FT USU khususnya stambuk 2007 yang selalu memberikan dukungan kepada penulis. Penulis menyadari bahwa masih banyak terdapat kekurangan dalam tugas akhir ini. Penulis menerima kritik dan saran untuk kesempurnaan ke depannya. Akhir kata penulis mengucapkan terimakasih semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan,
Februari 2013
Ahmad Faiz
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Stik golf Wilson selalu mengalami kerusakan pada batang stik. Kerusakan yang terjadi adalah deformasi (perubahan bentuk) dan patah. Untuk itu peneliti ingin mengetahui penyebab dari kerusakan yang terjadi, dengan cara mensimulasikan menggunakan software ansys 14.0. Tujuan penelitian ini adalah mensimulasikan stik golf wood Wilson yang mengalami beban dinamik dengan menggunakan software ansys 14.0 untuk mengetahui distribusi tegangan (respon) pada stik golf setelah terjadi pengimpakan dan mengetahui penyebab kerusakan yang terjadi pada stik golf. Metode yang dilakukan adalah setelah melakukan simulasi dengan menggunakan software ansys 14.0, diambil beberapa sampel untuk mengetahui distribusi teganan. Dari hasil simulasi pada permukaan pemukul stik golf wood diperoleh tegangan maksimum terletak pada bagian atas sambungan antara pemukul stik dengan batang. Berdasarkan hasil simulasi, diperoleh nilai tegangan terbesar, 1,5866 Gpa, terjadi pada batang stik, tegangan besar inilah yang menyebabkan kerusakan yang terjadi pada stik, bila tegangan ini terjadi berulangulamg. Kata kunci: stik golf wilson, tegangan, dan ansys 14.0.
ABSTRACT
Wilson golf clubs have always suffered damage to the stem sticks. The damage is deformation (change in shape) and broken. The researchers wanted to find out the cause of the damage, by simulating using ansys 14.0 software. The purpose of this study is to simulate wood golf club Wilson is experiencing dynamic loads using ansys 14.0 software to determine the stress distribution (response) at a golf club after impact and determine the cause of damage to the golf club. The method is performed after performing simulations using ansys 14.0 software, a sample was taken to determine the distribution of tension was. From the simulation results on the club face golf club wood obtained maximum stress is located at the top of the connection between the rod sticks bat. Based on simulation results, obtained the largest stress value, 1.5866 Gpa, occur on the trunk sticks, large stress that causes damage to the sticks, if this voltage occurs repeatedly. Keywords: wilson golf club, stress, and ansys 14.0.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ………………………………………………………..
i
ABSTRAK …………………………………………………………………… ii DAFTAR ISI …………………………………………………………………. iii DAFTAR TABEL ……………………………………………………………. v DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………… vi DAFTAR NOTASI............................................................................................ ix BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang …………………………………………………… 1 1.2 Batasan Masalah ………………………………………………….
2
1.3 Tujuan Penelitian …………………………………………………
2
1.4 Manfaat Penelitian ………………………………………………..
3
1.5 Sistematika Penelitian ……………………………………………. 3 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Stik Golf ………………………………………………………….. 5 2.1.1 Istilah-istilah Dalam Permainan Golf ..................................... 6 2.1.2 Wood ........................................................................................ 7 2.1.3 Iron........................................................................................... 8 2.1.4 Putter........................................................................................ 9 2.1.5 Mekanika Ayunan Stik Golf .................................................... 10 2.1.6 Data Primer Permainan Golf .................................................... 11 2.1.7 Pemodelan Ayunan Stik .......................................................... 11 2.2 Material Stik Golf ………………………………………………… 13 2.2.1 Grafit ....................................................................................... 13 2.2.2 Titanium .................................................................................. 14 2.3 Pengujian Stik Golf ……………………………………………….. 16 2.4 Sifat-sifat Material ………………………………………………... 17
Universitas Sumatera Utara
2.4.1. Sifat Mekanik ......................................................................... 17 2.4.2. Sifat Fisik ................................................................................ 19 2.4.3. Sifat Teknologi ........................................................................ 19 2.4.4 Kekerasan.................................................................................. 19 2.4.5 Uji Tarik.................................................................................... 20 2.4.6 Kekuatan Tarik.......................................................................... 21 2.4.7 Kekuatan Luluh......................................................................... 22 2.4.8 Keuletan................................................................................... 24 2.4.9 Modulus Elastisitas ( E ).......................................................... 25 2.4.10Kelentingan (Resilience)...........................................................25 2.4.11 Ketangguhan (Toughness) ...................................................... 25 2.4.12 Kurva Tegangan Regangan Sesungguhnya............................. 26 2.5 Ayunan Bandul Sederhana ………………………………………... 27 BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat ………………………………………………… 29 3.2 Material Yang Digunakan …………………………………………. 29 3.3 Desain Stik Golf Wood Wilson.......................................................... 29 3.4 Metode Penelitian …………………………………………………. 31 3.4.1 Distribusi Tegangan Pada Stik Golf Wilson............................. 31 3.4.1.1 Simulasi ........................................................................ 31 3.4.1.2 Mendapatkan Distribusi Tegangan Pada Permukaan Stik Golf............................................................................... 40 3.4.2 Mengetahui Penyebab Kerusakan pada stik golf....................... 40 3.5 Diagram Alir Penelitian ..…………………………………………. 40 BAB 4 HASIL DAN ANALISA 4.1 Pemodelan Stik Golf Wood Wilson ………………………………. 42 4.2 Distribusi Tegangan Pada Stik Golf Wilson ……………………….. 43 4.2.1 Perhitungan Secara Teoritis...................................................... 43
Universitas Sumatera Utara
4.2.2 Hasil Simulasi........................................................................... 45 4.2.3 Ditribusi Tegangan Pada Stik Golf............................................ 48 4.2.4 Perhitungan Momen Pada Kepala Pemukul Stik....................... 51 4.2.5 Kesetimbangan Momentum...................................................... 52 4.2.6 Momen kopel............................................................................ 52 4.3. Penyebab Kerusakan yang terjadi Pada Stik Golf Wilson................ 54 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ….................................................................................... 55 5.2 Saran ……………………………………………………………….. 55 DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………. 57
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Karakterisktik Mekanik Grafit …………………………………….. 14 Tabel 2.2 Karakterisktik Mekanik Titanium …………………………………. 15 Tabel 4.1 Nilai Tegangan Selama Pengimpakan ……………………………..
47
Tabel 4.2 Distribusi tegangan untuk setiap elemen…………………………… 50
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Stik Golf Wood ……………………………………………………. 5 Gambar 2.2 Stik golf wood …………………………………………………….. 8 Gambar 2.3 Stik iron 3-9……………………………………………………….. 9 Gambar 2.4 Stik putter ………………………………………………………… 9 Gambar 2.5 mekanika ayunan stik golf ……………………………………………. 10 Gambar 2.6 Pemodelan Ayunan Pukulan ……………………………………… 12 Gambar 2.7 Model ganda pendulum dari ayunan golf, (a) pada awal downswing,(b) pada titik rilis, (c) setelah melepaskan klub dan (d) pada dampak………………………………………………………. 13 Gambar 2.8 Gerakan pendulum ganda yang berayun .......................................... 15 Gambar 2.9 Diagram benda bebas pendulum ganda yang berayun ..................... 15 Gambar 2.10 Posisi dua link pada dampak dalam kasus backswing berkurang... 18 Gambar 2.11 Pemodelan pendulum ganda saat downswing Jorgensen .............. 19 Gambar 2.12 Evolusi dari energi kinetik dari dua link dalam model ayunan pendulum ganda. Diadaptasi dari angka 5,1 di Jorgensen (1994)…. 20 Gambar 2.13 Kurva Tegangan Regangan teknik (σ - ε) ..................................... 28 Gambar 2.14 Kurva tegangan regangan yang mengindikasikan kriteria luluh..... 30 Gambar 2.15 Perbandingan antara kurva tegangan regangan teknik.................... 33 Gambar 2.16 Gerakan bandul sederhana……………………………………….. 34 Gambar 3.1 kepala stik ( a ), pegangan stik ( b ), batang stik ( c )……………... 37 Gambar 3.2 Stik golf yang sudah di gabungkan………………...……………… 38 Gambar.3.3 Jendela utama ansys……………………………………………….. 39 Gambar 3.4 jendela engineering data Ansys 14.0………………………………. 39 Gambar 3.5 geometry yang di input dari inventor……………………………… 40 Gambar 3.6 Jendela ansys, memasukkan material pada setiap komponen…….. 40 Gambar 3.7 Pemberian meshing……………………………………………….. 41
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.8 (a) nilai kecepatan, (b) pengaturan analisa, (c) penentuan fixed support ……………………………………………………………. 41 Gambar 3.9 menentukan variable yang akan disimulasikan……………………. 43 Gambar 3.10 Diagram alir penelitian…………………………………………… 45 Gambar 4.1 Kepala stik (a) pegangan stik (b) batang stik(c) .............................. 46 Gambar 4.2 Geometry stik golf redesain setelah dieksport ke ansys 14.0……… 47 Gambar 4.3 arah vektor ........................................................................................ 48 Gambar 4.4 (a)Hasil simulasi tegangan, (b)tegangan maksimum……………….50 Gambar 4.5 Grafik antara nilai tegangan dan waktu impak…………………….. 52 Gambar 4.6 Sampel elemen pada (a) batang dan (b) kepala stik……………….. 53 Gambar 4.7 Grafik distribusi tegangan ………………………………………… 54
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
θ
sudut rilis
σ
tegangan
pascal
ρ
massa jenis
kg/m2
A
luas penampang
m2
a
percepatan
m/s2
B
modulus bulk
Ek
energi kinetik
Joule
Ep
energi potensial
Joule
F
gaya
Newton
g
percepatan gravitasi
m/s2
L
panjang
m
m
massa
kg
M
momen kopel
Nm
P
momentum
Kgm/s
r
jari-jari
m
S
modulus geser
t
waktu
Y
modulus young
v
kecepatan
m/s
V
volume
m3
detik
Universitas Sumatera Utara
