SIMULASI DISTRIBUSI TEGANGAN PADA HELM SEPEDA MOTOR NON-STANDARD YANG DIKENAI BEBAN IMPAK KECEPATAN TINGGI TESIS

SIMULASI DISTRIBUSI TEGANGAN PADA HELM SEPEDA MOTOR NON-STANDARD YANG DIKENAI BEBAN IMPAK KECEPATAN TINGGI

TESIS

Oleh

IZWAR LUBIS 057015007/TM

S

C

N

PA

A

S

K O LA

H

E

A S A R JA

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009 Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

SIMULASI DISTRIBUSI TEGANGAN PADA HELM SEPEDA MOTOR NON-STANDARD YANG DIKENAI BEBAN IMPAK KECEPATAN TINGGI

TESIS

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik dalam Program Studi Magister Teknik Mesin, pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh

IZWAR LUBIS 057015007/TM

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009 Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

Judul Tesis

: SIMULASI DISTRIBUSI TEGANGAN PADA HELM SEPEDA MOTOR NON-STANDARD YANG DIKENAI BEBAN IMPAK KECEPATAN TINGGI Nama Mahasiswa : Izwar Lubis Nomor Pokok : 057015007 Program Studi : Teknik Mesin

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) Ketua

(Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng) Anggota

Ketua Program Studi

(Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME)

(Ir. Tugiman, MT) Anggota

Direktur

(Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B., M.Sc)

Tanggal lulus: 30 Maret 2009 Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

Telah diuji pada Tanggal : 30 Maret 2009

PANITIA PENGUJI TESIS Ketua

: Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME

Anggota

: 1. Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng 2. Ir. Tugiman, MT 3. Dr. -Ing. Ikhwansyah Isranuri 4. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D

Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

ABSTRAK Penelitian ini merupakan simulasi distribusi tegangan pada helm sepeda motor nonstandard dengan menggunakan software MSC/NASTRAN 4.5. Helm sepeda motor yang digunakan sebagai spesimen pada penelitian ini adalah helm sepeda motor merek X yang bukan standard tapi banyak dijual dipasaran dan digunakan oleh pengendara sepeda motor. Bentuk helm yang akan disimulasikan pada penelitian ini adalah helm separuh kepala tanpa busa (tipe a1), helm separuh kepala ditambah busa (tipe a2), helm penuh tanpa busa (tipe b1), dan helm penuh ditambah busa (tipe b2). Material tempurung adalah Polypropilene-Etilene Copolimer dan material peredam benturan (busa) adalah Polyethylene Foam LD18. Helm dimodel dengan menggunakan AutoCAD dan di simulasi dengan menggunakan Software MSC/NASTRAN 4.5 yaitu suatu program analisa elemen hingga yang digunakan untuk menganalisa struktur. Model pembebanan dilakukan pada arah impak (lokasi a) atas, belakang, samping, dan depan sebesar 10,19 MPa dengan waktu impak 0,037 s. Dari hasil simulasi diperoleh bahwa untuk helm tipe b2 jika arah impak diberikan pada arah depan helm (arah-X) maka dapat diamati bahwa tegangan yang timbul pada lokasi b sebesar +0,07 MPa arah-Y dan +0,04 MPa arah-Z. Sedangkan pada helm tipe b1 dengan arah impak yang sama diperoleh tegangan yang timbul sebesar +0,27 MPa arah-Y dan +0,11 MPa arah-Z. Pada helm tipe a1 dengan arah impak yang sama diperoleh tegangan yang timbul sebesar +2,45 MPa arah-Y dan +2,03 MPa arah-Z. Pada helm tipe a2 dengan arah impak yang sama diperoleh tegangan yang timbul sebesar +0,71 MPa arah-Y dan +0,45 MPa arah-Z. Dari ke empat tipe helm dapat disimpulkan bahwa helm tipe b2 dapat memperkecil tegangan sehingga dengan menambah busa pada helm benturan yang diterima helm dapat memperkecil tegangan yang masuk ke helm dan kepala aman terhadap benturan dari berbagai arah akibat dari kecelakaan. Kata-kata kunci: Simulasi, Helm Non-Standard, Beban Impak.


ABSTRACT This study is a simulation of the strees ddistribution on a non-standard motorcycle helmet by using the software of MSC/NASTRAN 4.5. The motorcycle helmet used as the specimen in this study was the non-standard motorcycle helmet of X brand which is mostly sold in the market and worm by the motorcycle riders. The types of helmet simulated in this study were type a1 (half-face helmet without foam rubber), type a2 (half-face helmet with foam rubber), type b1 (full-face helmet without foam rubber), and type b2 (full-face helmet with foam rubber). The material for the helmet shell was Polypropilene-Etilene Copolimer and the material for the impact breaker (foam rubber) was Polyethylene Foam LD18. Helmet was modeled by using AutoCAD and stimulated through the software of MSC/NASTRAN 4.5 which is a finite element analysis program used to a analyze the structure. Loading model was done on the impact direction (location a) such as above, back, side, and front for 10.19 MPa with the impact time of 0.037 s. The result of simulation shows that, for the helmet of type b2, if the impact direction was from the front of the helmet (direction-X), the stress appears on location b was + 0,07 MPa direction-Y and +0,04 MPa direction Z. While for the helmet of type b1 with the some impact direction, the stress was +0,27 MPa direction-Y and +0,11 MPa direction-Z. For the helmet of type a1 with the same impact direction, the stress was +2.45 MPa direction-Y and +2,03 MPa direction-Z. For the helmet of type a2 with the same impact direction, the stress was +0,71 MPa direction –Y and +0,45 MPa direction –Z. The conclusion is that, of the four types of helmet, the helmet of type b2 can reduce the stress that with giving more foam rubber to the helmet, the impact received by the helmet can reduce the stress gets into the helmet and the head is safe from the impact coming from various directions resulted from the accident. Keywords: Simulation, Non-standard helmet, Load of impact.


KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas nikmat dan karunia yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tesis ini dengan judul “Silmulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi”. Penulisan tesis ini terlaksana berkat bimbingan dan arahan dari Komisi Pembimbing. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada Prof. Dr. Bustami Syam, MSME selaku Ketua Komisi Pembimbing, Ketua Proyek Riset Hibah Pascasarjana, Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin SPs-USU dan Direktur IC-Star USU yang telah memberikan kesempatan pada penulis untuk melaksanakan salah satu penelitiannya serta memberi petunjuk dan arahan mulai dari pembuatan proposal sampai menjadi sebuah tesis. Ucapan terimakasih dan penghargaan juga ditujukan penulis kepada Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng dan Ir. Tugiman MT, selaku anggota komisi pembimbing dan yang telah banyak memberikan arahan pada penulis dalam melaksanakan penelitian ini sampai menjadi sebuah tesis. Penghargaan dan terima kasih penulis kepada Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B., M.Sc, selaku Direktur Sekolah Pascasarjana USU dan Dr-Ing. Ikhwansyah Isranuri M.Eng selaku Sekretaris Program Studi Magister Teknik Mesin SPs-USU yang telah Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

memberikan kesempatan pada penulis dalam mengikuti dan menyelesaikan pendidikan pada Program Studi Magister Teknik Mesin SPs-USU. Seluruh dosen dan staf administrasi Program Studi Magister Teknik Mesin SPs-USU yang telah memberikan ilmu pengetahuan dan bantuan selama penulis dalam pendidikan di Program Magister Teknik Mesin dan seluruh rekan-rekan mahasiswa yang tergabung di Pusat Riset Impak dan Keretakan dan Alumni Magister Teknik Mesin yang telah banyak memberikan masukan. Penulis juga berharap tesis ini dapat bermanfaat bagi perkembangan dan kemajuan ilmu pengetahuan. Penulis menyadari masih banyak ketidak sempurnaan dari penulisan tesis ini, oleh karenanya keritik dan saran demi perbaikan yang membangun sangat diharapkan.

Medan, 30 Maret 2009 Peneliti,

Izwar Lubis 057015007


RIWAYAT HIDUP

Nama Tempat/Tgl. Lahir Agama Alamat

Email Jenis Kelamin

Pendidikan Tahun Masuk Tamat 1985 1992 1992 1995 1995

1998

1998

2005

: : : :

Izwar Lubis Pematangsiantar, 09 Desember 1979 Islam Jl. Karya Wisata, Komp. JIP 1 Blok III no 14 Kelurahan Gedung Johor Medan 20144 Telp. (061) 7874275 HP. 081260474343 : [email protected] : Laki-laki

Jenjang Pendidikan Sekolah Dasar (SD) Taman Siswa Pematangsiantar Sekolah Menengah Pertama (SMP) Negeri 10 Pematangsiantar Sekolah Menengah Atas (SMA) Taman Siswa Pematangsiantar Fakultas Teknik Jurusan Teknik Mesin USU Medan

Riwayat pekerjaan No Pekerjaan 1 Staf Pengajar di STT Harapan Medan

Tahun 2009 s.d. sekarang


DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK .............................................................................................................. i ABSTRACT .............................................................................................................ii KATA PENGANTAR .......................................................................................... iii RIWAYAT HIDUP ................................................................................................ v DAFTAR ISI ........................................................................................................ vi DAFTAR TABEL ...............................................................................................viii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ ix DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xiv DAFTAR ISTILAH .............................................................................................. xv LAMBANG YUNANI ......................................................................................... xvi BAB 1 PENDAHULUAN ...................................................................................... 1 1.1. Latar Belakang ................................................................................... 1 1.2. Perumusan Masalah ............................................................................ 3 1.3. Tujuan Penelitian .............................................................................. 4 1.4. Manfaat Penelitian ............................................................................ 5 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA .............................................................................. 6 2.1. Landasan Teori ................................................................................. 6 2.2. Prinsip-prinsip Cedera Kepala ............................................................ 8 2.3. Metode Pengukuran Helm ................................................................ 11 2.4. MSC/NASTRAN 4.5 ....................................................................... 19 2.5. Metode Elemen Hingga .................................................................... 21 2.6. Kerangka Konsep Penelitian ............................................................ 29 BAB 3 METODE PENELITIAN ........................................................................ 30 3.1. Tempat dan Waktu .......................................................................... 30 3.2. Bahan, Peralatan dan Metode ........................................................... 30 3.3. Variabel yang Diamati ................................................................... 38 3.4. Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian ............................................... 38 Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................. 40 4.1. Pendahuluan ..................................................................................... 40 4.2. Simulasi Helm Sepeda Motor Non-Standard..................................... 40 4.2.1 Helm separuh kepala tanpa busa (tipe a1) ................................. 44 4.2.2 Helm separuh kepala ditambah busa (tipe a2) ........................... 64 4.2.3 Helm penuh tanpa busa (tipe b1) .............................................. 73 4.2.4 Helm penuh ditambah busa (tipe b2) ........................................ 82 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................. 92 5.1. Kesimpulan ...................................................................................... 92 5.2. Saran ................................................................................................ 93 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 94


DAFTAR TABEL

Nomor

Judul

Halaman

3.1

Sifat mekanik impak material helm [4] ................................................ 33

4.1

Hasil tegangan pada helm separuh kepala tanpa busa (tipe a1) ............. 64

4.2

Hasil tegangan pada helm separuh kepala ditambah busa (tipe a2) ....... 73

4.3

Hasil tegangan pada helm penuh tanpa busa (tipe b1) ........................... 81

4.4

Hasil tegangan pada helm penuh ditambah busa (tipe b2) ..................... 91


DAFTAR GAMBAR

Nomor

Judul

Halaman

2.1

Komponen helm sepeda motor (a) Helm separuh kepala (b) Helm penuh ................................................................................. 6

2.2

Statistik penyebab cedera kepala [6] ................................................... 8

2.3

(a) Gaya yang menerpa kepala (contoh mekanisme akselerasi) (b) Gaya yang menerpa kepala (contoh mekanisme deselerasi) ........... 9

2.4

Klasifikasi sudut impak pada kepala manusia .................................... 10

2.5

Perilaku gelombang longitudinal ....................................................... 13

2.6

Susunan batang uji ............................................................................ 14

2.7

Perilaku batang setelah terjadi impak ................................................ 15

2.8

Perilaku tegangan pada interface input bar dan spesimen .................. 17

2.9

Kurva toleransi untuk impak kepala .................................................. 18

2.10

Variasi ukuran kerusakan kepala (HIC) dengan percepatan impak (V2) dan percepatan dimensi (a/g) .......................................... 19

2.11

Elemen dx dy dz ............................................................................... 23

2.12

Bentuk elemen solid tetrahedral ....................................................... 24

2.13

Kerangka konsep penelitian .............................................................. 29

3.1

Helm non-standard ........................................................................... 31

3.2

Ukuran helm separuh kepala ............................................................. 32

3.3

Ukuran helm penuh........................................................................... 32

3.4

Kotak dialog untuk di import ke NASTRAN ..................................... 34

3.5

Kotak dialog ukuran mesh ................................................................. 34

3.6

Kotak dialog material dan sifat mekaniknya ...................................... 35

3.7

Kotak dialog constraint/DOF............................................................ 35

3.8

Kotak dialog model fungsi ................................................................ 36

3.9

Kotak dialog beban dalam bentuk tegangan ...................................... 36

3.10

Kotak dialog analisa dinamik ............................................................ 37


3.11

Kotak dialog analisa.......................................................................... 37

3.12

Diagram aliran pelaksanaan penelitian .............................................. 39

4.1

Helm separuh kepala (half face) ........................................................ 41

4.2

Helm penuh (full face) ...................................................................... 41

4.3

Helm separuh kepala setelah di import dari AutoCAD ...................... 42

4.4

Helm penuh setelah di import dari AutoCAD .................................... 42

4.5

Lokasi impak pada helm separuh kepala ........................................... 43

4.6

Lokasi impak pada helm penuh ......................................................... 44

4.7

Model helm di Nastran setelah di import dari AutoCAD ................... 45

4.8

Kotak dialog mesh ............................................................................ 46

4.9

Helm yang sudah di mesh ................................................................. 46

4.10

Kotak dialog jenis material ............................................................... 47

4.11

Kotak dialog material dan sifat mekaniknya ...................................... 48

4.12

Kotak dialog constraint ..................................................................... 48

4.13

Helm yang di constraint .................................................................... 49

4.14

Kepala saat membentur aspal ............................................................ 50

4.15

Kotak dialog pemilihan elemen ......................................................... 51

4.16

Kotak dialog beban impak dalam bentuk tegangan ............................ 52

4.17

Helm yang diberikan beban............................................................... 52

4.18

Kotak dialog analisa dinamik ............................................................ 53

4.19

Tegangan insiden vs waktu impak ..................................................... 54

4.20

Kotak dialog model fungsi ................................................................ 54

4.21

Kurva tegangan insiden vs waktu impak ........................................... 55

4.22

Nastran analysis control.................................................................... 55

4.23

Distribusi tegangan normal arah-X impak atas .................................. 56

4.24

Distribusi tegangan normal arah-Z impak atas................................... 56

4.25

Tegangan vs waktu (tegangan normal lokasi a dititik impak) ............ 57

4.26

Tegangan vs waktu (tegangan normal di lokasi b) ............................. 57


4.27

Distribusi tegangan normal arah-Y impak belakang .......................... 58

4.28

Distribusi tegangan normal arah-Z impak belakang ........................... 58

4.29


4.30


4.31

Distribusi tegangan normal arah-X impak samping ........................... 60

4.32

Distribusi tegangan normal arah-Y impak samping ........................... 60

4.33


4.34


4.35

Distribusi tegangan normal arah-Y impak depan ............................... 62

4.36

Distribusi tegangan normal arah-Z impak depan ............................... 62

4.37


4.38


4.39

Helm separuh kepala ditambah busa ................................................. 65

4.40


4.41


4.42


4.43


4.44


4.45


4.46


4.47


4.48


4.49


4.50


4.51


4.52


4.53


4.54



4.55


4.56


4.57


4.58


4.59


4.60


4.61


4.62


4.63


4.64


4.65


4.66


4.67


4.68


4.69


4.70


4.71


4.72

Helm penuh ditambah busa ............................................................... 82

4.73


4.74


4.75


4.76


4.77


4.78


4.79


4.80


4.81


4.82



4.83


4.84


4.85


4.86


4.87


4.88



DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Judul

Halaman

1.

Analisa menggunakan MSC/NASTRAN 4.5 .................................. 96

2.

Pemodelan menggunakan software AutoCAD............................... 97

3.

Material Foam ............................................................................... 98


DAFTAR ISTILAH

Notasi A1 A2 A3 C0,1 C0,2 C0,3 CI CII CIII Ccd CL D1 E Ek Em Ei Eko Es Eso m N P S t t1 tL tI V0 Vo V1 VI VR VS VT ∆m

Satuan = Luas penampang batang 1 ..................................................................... m2 = Luas penampang batang 2 ..................................................................... m2 = Luas penampang batang 3 ..................................................................... m2 = Kecepatan rambat gelombang dalam batang 1 ................................... m/det = Kecepatan rambat gelombang dalam batang 2 ................................... m/det = Kecepatan rambat gelombang dalam batang 3 ................................... m/det = Kecepatan rambat gelombang dalam batang impak............................ m/det = Kecepatan rambat gelombang dalam batang penerus ......................... m/det = Kecepatan rambat gelombang dalam spesimen .................................. m/det = Kecepatan rambat gelombang pada spesimen .................................... m/det = Kecepatan gelombang longitudinal .................................................... m/det = Perubahan panjang batang uji .............................................................. Mm = Modulus young material ...................................................................... GPa = Energi kinetic .....................................................................................Joule = Modulus young .................................................................................. MPa = Modulus impak .................................................................................. MPa = Energi kinetik mula-mula ..................................................................Joule = Energi regangan .................................................................................Joule = Energi regangan mula-mula ................................................................Joule = Massa benda mula-mula ........................................................................ Kg = Nilai data yang diperoleh setelah pengimpakan = Gaya tarik pada komposit ........................................................................ N = Standar deviasi = Waktu rambat gelombang ...................................................................... det = Waktu rambat gelombang antara strain gage a dan b ............................. det = Waktu rambat gelombang longitudinal .................................................. det = Waktu rambat gelombang dalam batang impak ................................. m/det = Kecepatan partikel mula-mula ........................................................... m/det = Tegangan setelah pengimpakan ........................................................... Volt = Kecepatan batang 1 sebelum tumbukan ............................................. m/det = Kecepetan partikel masuk .................................................................. m/det = Kecepatan partikel yang direfleksikan ............................................... m/det = Tegangan pengujian ............................................................................ Volt = Kecepatan partikel yang ditransmisikan............................................. m/det = Perubahan massa ................................................................................... Kg


LAMBANG YUNANI Satuan σ α β βσ ε η ρ ρ1 ρ2 ρ3 σ1 σ2 σI σR σT σi

= = = = = = = = = = = = = = = =

Tegangan .......................................................................................... MPa Faktor transmisi Faktor refleksi Tegangan yang direfleksikan ............................................................. MPa Regangan Faktor gage Massa jenis.......................................................................................kg/m3 Rapat jenis material batang 1 ............................................................kg/m3 Rapat jenis material batang 2 ............................................................kg/m3 Rapat jenis material batang 3 ............................................................kg/m3 Tegangan pada batang 1 .................................................................... MPa Tegangan pada batang 2 .................................................................... MPa Tegangan yang masuk ....................................................................... MPa Tegangan yang direfleksikan ............................................................. MPa Tegangan yang ditransmisikan .......................................................... MPa Tegangan insiden .............................................................................. MPa


BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Keselamatan pada saat berkendara merupakan yang utama yang perlu diperhatikan. Kenyamanan dan keamanan pada saat berkendaraan merupakan idaman dan keinginan pengendara sepeda motor khususnya, namun masih banyak pengendara sepeda motor yang belum memahami betapa pentingnya menggunakan pelindung diri saat mengendarai sepeda motor. Angka kecelakaan kendaraan bermotor di jalan raya khusus untuk Kota Medan relatif cukup tinggi, dimana kecelakaan ini sering kali menyebabkan cedera kepala. Kepala merupakan bagian yang paling vital dari tubuh manusia karena di kepala terdapat otak yang mengatur aktivitas manusia dan merupakan pusat berfikir. Konstribusi kecelakaan pada umumnya disebabkan oleh benturan secara langsung oleh suatu benda terhadap kepala pengendara, yang terjadi secara tiba-tiba: seperti dari samping, belakang, depan, maupun dari atas. Penyebab terjadinya kecelakaan bisa disebabkan beberapa faktor, antara lain, pengendara yang kurang hati-hati, kondisi jalan yang tidak baik, kecelakaan akibat kelalaian dari pengendara lain dan banyak faktor yang menyebabkan terjadinya kecelakaan. Aturan hukum yang mengatur tentang kewajiban menggunakan helm pengaman yang standard telah digulirkan Surat Keputusan Menteri Perhubungan No.KM.188/AJ.403/PHB-86 [1] tentang topi pengaman (helm) sebagai perlengkapan Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

teknis kendaraan bermotor dan kegunaannya bagi pengemudi dan penumpangnya, namun kenyataannya masih banyak pengendara sepeda motor yang mengabaikan ketentuan tersebut. Salah satu solusi yang harus ditempuh adalah melindungi kepala dengan menggunakan helm. Namun masih banyak pengendara sepeda motor menggunakan helm non-standard yang hanya memikirkan harga yang relatif terjangkau dan di samping itu juga menghindari diri dari polisi, umumnya belum memenuhi syarat keselamatan, artinya tidak menjamin keselamatan kepala pengendara dari tabrakan dengan kecepatan tinggi saat mengendarai sepeda motor. Simulasi komputer yang digunakan dengan program MSC/NASTRAN 4.5 bermaksud untuk memperoleh informasi distribusi tegangan pada seluruh permukaan helm serta mengecek daerah konsentrasi tegangan yang potensial terjadinya inisiasi keretakan. Penelitian tentang beban impak yang terjadi pada helm sepeda motor telah dilakukan beberapa peneliti dengan menggunakan simulasi komputer, diantaranya V. Kostopoulos, [2] dan F.M. Shuaeib, [3] menggunakan softwere LS-DYNA3D dan Mahadi B, [4] telah melakukan pengujian pada helm industri non-standard, Nelly Emalia H., et al [5] melakukan pengujian kekuatan akibat beban impak pada helm sepeda motor. Untuk melakukan simulasi komputer helm sepeda motor non-standard ini dapat dilakukan di International Center for Science, Technology and Art (IC-STAR) USU. Helm sebagai subjek penelitian, yang akan di simulasi adalah helm sepeda


motor non-standard. Penelitian helm tersebut sebagai pemodelan dalam simulasi dikarenakan masih banyak dipakai pengendara sepeda motor di Medan.

1.2. Perumusan Masalah Benturan yang terjadi apabila menggunakan helm non-standard dapat menimbulkan cedera pada jaringan kulit, tulang maupun struktur kepala maupun otak. Terjadinya kecelakaan pada saat mengendarai sepeda motor dapat menimbulkan cedera pada kepala. Permasalahan yang ditinjau dalam simulasi ini adalah salah satu kecelakaan yang terjadi di jalan, dimana seorang pengendara sepeda motor yang menggunakan helm non-standard jatuh pada kecepatan yang tinggi sehingga helm mengenai aspal jalan secara langsung, dengan berbagai posisi jatuhnya helm ke aspal. Dari permasalahan tersebut perlu diketahui seberapa besar tegangan yang diterima helm baik secara langsung maupun tidak langsung, jenis keretakan pada helm yang terjadi. Untuk menjawab permasalahan tersebut di atas maka perlu dilakukan simulasi yang dapat memberikan gambaran terhadap kenyataan di lapangan. Dalam penelitian ini akan digunakan Software AutoCAD, MSC/NASTRAN 4.5. Metode elemen hingga (MEH) yang digunakan untuk menganalisa struktur diselesaikan dengan bantuan MSC/NASTRAN 4.5, perangkat lunak ini adalah program analisa elemen hingga untuk analisa tegangan (stress), getaran (vibration), dan perpindahan panas (heat transfer) dari struktur dan komponen mekanika dan untuk membuat modelannya menggunakan AutoCAD dengan pemodelan yang mendekati bentuk Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

helm sebenarnya. Sehingga dengan simulasi tersebut dapat diamati distribusi tegangan pada seluruh permukaan helm. Sebelum dilakukan simulasi pada helm untuk memperoleh distribusi tegangan (MPa) yang timbul pada helm dan mengecek daerah konsentrasi tegangan yang potensial terjadi inisiasi retakan, Dari sifat mekanik diperoleh informasi antara lain: Youngs Modulus, Poisson’s Ratio, Mass Density.

1.3. Tujuan Penelitian 1.3.1. Tujuan umum Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mengetahui respon impak pada helm non-standard yang dikenai beban impak kecepatan tinggi dengan simulasi komputer (MSC/NASTRAN 4.5).

1.3.2. Tujuan khusus 1. Untuk mengetahui respon dan distribusi tegangan secara menyeluruh pada struktur helm sepeda motor non-standard dengan simulasi komputer. 2. Untuk mengetahui tegangan dititik impak yang potensial terjadinya inisiasi retakan. 3. Untuk mengetahui daerah distribusi tegangan terkecil antara helm separuh kepala tanpa busa (tipe a1), helm separuh kepala ditambah busa (tipe a2), helm penuh tanpa busa (tipe b1), dan helm penuh ditambah busa (tipe b2) .


1.4. Manfaat Penelitian Penelitian ini nantinya merupakan satu upaya nyata bagi pihak perguruan tinggi, khususnya bagi lembaga penelitian, dalam memberikan informasi bahayanya menggunakan helm non-standard. Adapun manfaat dari penelitian adalah: 1. Memberi informasi kepada dunia industri dan pemerintah dalam hal ini Deperindag dan Depnaker tentang mencegah cedera kepala akibat kecelakaan pada saat mengendarai sepeda motor dengan memakai helm non-standard, sehingga pada saat jatuh kepala pengendara mengenai aspal . Dalam hal ini memberitahukan agar pengendara sepeda motor berkewajiban menyediakan alat pelindung diri (APD) yang standard dan pengendara sepeda motor diharuskan menggunakannya. 2. Memberikan masukan kepada dunia kesehatan/medis tentang besarnya insiden tegangan dan distribusi tegangan yang dapat menyebabkan cedera pada kepala melalui simulasi ini. 3. Memberikan masukan kepada Badan Stadarisasi Nasional (BSN) untuk mempertimbangkan bahaya penggunaan helm sepeda motor non-standard dalam standarisasi lolos mutu helm sepeda motor. 4. Memberikan informasi kepada masyarakat tentang cedera yang mungkin terjadi pada kepala apa bila menggunakan helm non-standard.


BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Landasan Teori 2.1.1. Standarisasi Secara umum helm yang digunakan oleh pengendara sepeda motor sebagai alat pelindung diri pada negara-negara maju sudah mempunyai standard tertentu sesuai dengan kebijakan dan peraturan yang ditetapkan oleh pemerintahnya. Beberapa standard yang dikenal luas dan banyak menjadi referensi, adalah: ANSI Z 89.1-1997 (USA), JIS T 8131-1977 (Jepang), SNI 09-1811-1998 (Indonesia).

2.1.2. Komponen helm Helm yang akan di simulasi pada penelitian ini adalah helm separuh kepala tanpa busa (tipe a1), helm separuh kepala ditambah busa (tipe a2), helm penuh tanpa busa (tipe b1), dan helm penuh ditambah busa (tipe b2), konstruksi helm terdiri atas beberapa bagian. secara umum bagian tersebut dapat dilihat pada gambar berikut ini:

Gambar 2.1 Komponen helm sepeda motor (a) Helm separuh kepala, (b) Helm penuh Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

Keterangan Gambar: 1. Tempurung adalah lapisan keras yang berfungsi melindungi kepala terhadap benturan atau goresan dengan benda keras atau benda tajam, bersifat keras, homogen dan memiliki ketebalan yang sama untuk keseluruhan bagian dan tidak hanya dikhususkan pada tempat-tempat tertentu saja, liat dan lentur bukan dari bahan logam dan tahan terhadap perubahan cuaca. 2. Jaring, mengatur dan mengikatkan helm kepada kepala dengan baik, bersifat kuat dan tidak mulur. Ukuran jaringan helm dapat diatur. 3. Pelindung sinar matahari, untuk melindungi mata dari cahaya matahari yang langsung mengenai mata. Syarat bahayanya tidak terlalu ketat, tetapi yang paling penting adalah menahan sinar matahari yang masuk ke mata. Pelindung ini ada yang menyatu dengan tempurung helm. 4. Peredam benturan (absorber), berfungsi meredam energi benturan, sehingga energi benturan tidak diteruskan ke kepala. Absorber ini bersifat lunak dan liat, tetapi tidak kenyal. 5. Tali cincin, berfungsi untuk mengikat jaringan helm 6. Bantalan kepala, bersifat lunak, berbentuk jaringan berhubungan langsung dengan kepala serta memberikan kenyamanan pada pemakai helm. 7. Tali dagu, agar jaringan perekat helm dapat terpasang di kepala dengan baik dan kuat, merupakan aksesori, terbuat dari plastik atau bahan-bahan lembut yang tidak menimbulkan kerusakan kulit. Lebar minimum tali dagu adalah 20 mm dan harus benar-benar berfungsi sebagai pengikat helm saat dikenakan. Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

8. Kaca, untuk melindungi mata dari debu, sinar matahari dan menghalang angin yang akan masuk ke helm pada saat berkendara 9. Kain Pelapis, menjaga agar posisi kepala pada saat memakai helm tetap nyaman.

2.2.

Prinsip-prinsip Cedera Kepala Cedera kepala adakalanya terkait secara epidemiologi dengan kejadian

penyebabnya (misalnya, kecelakaan kendaraan bermotor). Walaupun sebagian mekanisme cedera, tapi dapat dipandang sebagai keadaan penyebab yang terkait dengan cedera. Prevalensi kejadian penyebab dapat dilihat pada Gambar 2.2. Statistik ini, walaupun bersifat umum, terbatas kegunaannya dalam memastikan resiko atau memahami faktor-faktor spesifikasi yang menyebabkan cedera kepala.

7% 10% Motor vehicle Falls

12%

50%

Assaults and violence Sports and Recretion Miscellaneous

21%

Gambar 2.2 Statistik penyebab cedera kepala [6]


Cedera kepala terjadi sebagai reaksi terhadap aplikasi gaya mendadak pada kepala dan struktur-struktur terkaitnya. Banyak faktor yang saling terkait yang bergabung dalam menentukan mekanisme cedera yang pasti. Beberapa faktor ini melibatkan jenis gaya dan besar, lokasi, arah, durasi dan kecepatannya [6]. Gaya-gaya yang menyebabkan cedera kepala dirincikan sebagai langsung atau tidak langsung. Pembedaan langsung (kontak) terjadi akibat tubrukan, misalnya oleh pukulan petinju. Pembebanan tidak langsung (inersia) terjadi bila gaya-gaya dihantarkan kepada kepala melalui struktur didekatnya. Apakah langsung atau tidak langsung, gaya yang terjadi yang diam akan cenderung mengakselerasi kepala. Gaya yang menerpa kepala yang diam akan cendrung mengakselerasi massanya. Sementara gaya yang arah datangnya berlawanan dengan gerakan kepala akan mendeselerasi masa kepala (Gambar 2.3). Pukulan kuat pada kepala merupakan contoh mekanisme akselerasi. Mekanisme deselerasi terlibat bila gerakan kepala dihentikan secara tibatiba oleh permukaan yang tidak mau mundur. Mekanisme akselerasi dan deselerasi ini kerapkali dituding dalam cedera kepala yang disebabkan trauma kepala, dan sudut impak dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.3 (a) Gaya yang menerpa kepala (contoh mekanisme akselerasi) (b) Gaya yang menerpa kepala (contoh mekanisme deselerasi) Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

Gambar 2.4 Klasifikasi sudut impak pada kepala manusia

Pemahaman tentang anatomi kepala juga sangat penting terhadap pemberian beban dan respon yang diterimanya. Tulang tengkorak mempunyai sifat viskoelastis, tulang ini mempunyai ketebalan dan kekuatan seiring dengan bertambahnya umur manusia. Ketebalan tulang tengkorak berkisar antara 3 mm sampai dengan 6 mm, dengan kekuatan modulus elastisitas 3,3 GPa sampai 9,9 GPa.


2.3.

Metode Pengukuran Helm

2.3.1. Pengukuran Kekuatan Helm 1. Uji jatuh bebas Selama ini helm di uji menggunakan prosedur pengujian standard menggunakan test rig dengan teknik jatuh bebas. Pengujian standard ini bertujuan untuk melihat seberapa besar kemampuan helm dalam menyerap energi impak. Selain itu uji standard juga bertujuan meneliti keparahan rusak helm yang memungkinkan merusak lapisan kulit kepala melalai penetrasi. Memakai uji standard yang ada, baik memakai standard Jepang JIS maupun Standard Nasional Indonesia (SNI), striker hanya dijatuhkan dari ketinggian (H) = (2 – 3) m. Dengan demikian kecepatan striker hanya lebih kurang v = 2 gH =6.3 m/detik. Kecepatan striker sebesar ini masih tergolong

kecepatan impak rendah. Padahal kenyataan di lapangan besar kemungkinan kecepatan berkendaraan yang lebih tinggi sangat memungkinkan terjadinya benturan yang tinggi pula. Dengan demikian menggunakan prosedur standard yang sudah umum dipakai akan tidak mampu memberi keamanan kepada pengendara. Untuk itu helm yang digunakan pengendara sepeda motor seperti itu seyogianya uji yang disyaratkan dengan alat uji yang mampu memberikan impak kecepatan tinggi.


2. Uji impak kecepatan tinggi Uji impak kecepatan tinggi dapat memberikan gambaran terhadap kenyataan di lapangan dimana benturan pada saat terjadinya insiden dengan kecepatan yang tinggi, yang mampu meluncurkan helm dengan kecepatan yang bervariasi dan dapat mencapai ±50 m/detik.

2.3.2. Teknik propagasi tegangan Aplikasi teknik propagasi tegangan untuk mengukur kekuatan material pertama sekali dikembangkan oleh Kolsky [7], yang menemukan suatu cara pengukuran kekuatan tekan material menggunakan prinsip propagasi tegangan dalam batang satu dimensi. Hasilnya sangat mengagumkan karena dengan teknik itu persamaan konstitutif kompresi dapat diperoleh sampai pada laju pembebanan melebihi 104 s-1. Pemakaian metoda Kolsky untuk mendapatkan sifat mekanik berbagai bahan telah dilaporkan oleh beberapa peneliti lain.

2.3.3. Rambatan gelombang pada batang Gelombang tegangan adalah gelombang mekanis, yaitu gelombang yang memerlukan suatu medium untuk dapat mentransmisikannya. Kecepatan rambat sebuah gelombang sangat ditentukan oleh sifat-sifat medium yang dilaluinya. Gelombang dibagi atas 2 bagian, yaitu: (1) gelombang transversal, dan (2) gelombang longitudinal. Gelombang longitudinal digunakan sebagai konsep dasar pembahasan teori kekuatan tarik impak. Untuk membahas perilaku gelombang longitudinal pada Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

sebuah batang logam, dapat dilihat pada Gambar 2.5. Gaya impak diberikan pada ujung kiri batang, yang mengakibatkan batang bergerak ke kanan dengan kecepatan C1, pada waktu t. C

Vo,t Cl,t

Keseimbangan momentum pada Gambar 2.5 berupa:

∆m V = F t m Vo = Fo t ( Ao Cl t ρ o ) Vo = σ o Ao t

σ o = ρ o C l Vo ....................................................................(2.1) dimana: Cl

= Kecepatan gelombang longitudinal merambat pada batang

Vo

= Kecepatan partikel

σo

= Tegangan pada batang.

Modulus elastisitas suatu bahan dapat dinyatakan dengan persamaan: E = Cl ρ 2

Cl =

E

ρ

....................................................................................(2.2)


Subtitusi Persamaan (2.2) ke Persamaan (2.1) akan diperoleh:

σ o = Eo ρ o V ........................................................................(2.3)

2.3.4. Impak pada batang Susunan batang yang digunakan pada metode pengujian impak ini diperlihatkan secara skematis pada Gambar 2.6, yang terdiri dari tiga batang: batang impak, batang penerus, dan spesimen. Spesimen Batang penerus

Batang impak

1

V1

3 2

Gambar 2.6 Susunan batang uji

Spesimen dapat berbentuk batang atau tabung dengan geometri sederhana dan diletakkan bersentuhan secara kolinir dengan batang penerus. Sebelum beban impak diberikan, batang impak mempunyai kecepatan V1 sedangkan batang penerus dan spesimen mempunyai kecepatan yang sama yaitu: V2 = V3 = 0. Setelah impak, lihat Gambar 2.7. (dimana C0,1, C0,2, dan C0,3 adalah kecepatan gelombang dalam masingmasing batang), gelombang longitudinal tekan akan merambat dari bidang antar muka impak (impact interface) batang impak dan batang penerus ke dalam masing-masing batang. Akibatnya, bidang antar muka impak dan spesimen pada akhirnya mempunyai kecepatan yang sama sebesar V’. Pada bidang antar muka akan terjadi Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

keseimbangan gaya, atau akan terjadi aksi dan reaksi antara kedua batang tersebut, yang dapat dinyatakan dengan hubungan:

σ1 A1 = σ2 A2 ............................................................................... (2.4) dimana: A1

= Luas penampang batang 1

A2

= Luas penampang batang 2

σ1

= Tegangan pada batang 1

σ2

= Tegangan pada batang 2

C01

σ1

σ2

1 V1

V’

V’

C02 2

3

Gambar 2.7 Perilaku batang setelah terjadi impak

Dari hubungan impuls momentum diperoleh hubungan σ = E ρ V di mana: σ = tegangan impak, ρ = massa jenis bahan, E = youngs modulus, dan V = kecepatan partikel. Dengan demikian pada batang impak yang bergerak dengan kecepatan V1 akan timbul tegangan sebesar:

σ 1 = ρ 1 E1 (V1 − V ' ) σ 1 = ρ1 E1 V1 − ρ1 E1V ' ........................................................ (2.5)


dimana: V1

= Kecepatan sebelum tumbukan

V’

= Kecepatan setelah tumbukan

ρ1

= Kerapatan material batang 1.

Selanjutnya kita tinjau batang 2, yang bergerak dengan kecepatan V’. Melalui Gambar 2.6 dapat ditentukan tegangan pada batang 2, yaitu:

σ 2 = ρ 2 E2 V ' V' =

σ2 ......................................................................... (2.6) ρ 2 E2

Tegangan impak yang ditransmisikan ke input bar dan spesimen tersebut ditentukan oleh kecepatan batang impak dan sifat-sifat mekanisnya. Bila luas kedua penampang sama besar, maka σ = σ1 = σ2. Selanjutnya tinjau rambatan gelombang tegangan elastis pada input bar dan spesimen seperti pada Gambar 2.7. Tegangan yang masuk dari ujung kiri input bar sebesar σ akan timbul pada interface input bar dan spesimen pada saat t2 = l2/C0,2 dimana l2 adalah panjang input bar dan C0,2 adalah kecepatan gelombang elastis pada input bar. Dalam hal ini, ada tiga bentuk gelombang tegangan yang terlibat, yaitu: (1) Tegangan yang terjadi (σ), Tegangan yang ditransmisikan (σT), Tegangan yang direfleksikan (σR). Gelombang tegangan tersebut dihubungkan oleh persamaan berikut [14]:

σT =

2 A2 E 3 Co 2 σ ...............................................(2.7) A3 E 3 C o 2 + A2 E 2 C o 3


σR =

A3 E 3 C o 2 − A2 E 2 C o 3 A3 E 3 C o 2 + A2 E 2 C o 3

σ ...............................................(2.8)

A3 ρ3 Co,3 A2 ρ2 Co,2 V’

VT

VR

σ11

σR

σT

Gambar 2.8 Perilaku tegangan pada interface input bar dan spesimen

Bila α adalah faktor transmisi dan β adalah faktor refleksi, didapat hubungan:

σ T = ασ ................................................................................ (2.9) σ R = βσ ............................................................................... (2.10)

Untuk material yang mempunyai sifat mekanis dan dimensi yang sama maka dengan mensubstitusikan harga E2 = E3, Co2 = Co3, A2 = A3, dan L2 = L3 ke dalam persamaan (2.9) dan (2.10), diperoleh σT = 0 dan σR = 0. Ini berarti besar tegangan yang ditransmisikan adalah sama dengan tegangan yang masuk, dan tidak ada tegangan yang direfleksikan.

2.3.5. Toleransi untuk Impak kepala [23] Kepala merupakan bagian yang sangat penting maka untuk mengambil data yang ingin dimasukkan kedalam simulasi komputer sebagai beban F(t) maka dapat dilihat pada toleransi dibawah ini: Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

Garis akhir kerusakan kepala (Gambar 2.9): Av = a .......................................................................................... (2.11) g

Percepatan maksimum = 300 . g (g = percepatan grafitasi bumi) [1]: a = v2/2Δ ....................................................................................... (2.12)

Jangka waktu yang dibutuhkan adalah: t = 2Δ/v ........................................................................................ (2.13)

Waktu batas yang di toleransikan adalah 2,5 ms ≤ T ≤ 50 ms (Gambar 2. 9)

Gambar 2.9 Kurva toleransi untuk impak kepala

Ukuran kerusakan kepala (HIC):

{

T2

}

HIC = (T2 − T1 ) ∫ A v dt/(T2 − T1 ) ...............................................(2.14) T1


Untuk percepatan tubuh yang utuh:

{

}

V24 / g (2 g∆)1.5 = 1000 ................................................................. (2.15)

Gambar 2.10 Variasi ukuran kerusakan kepala (HIC) dengan percepatan impak (v2) dan percepatan dimensi (a/g)

2.4.

MSC/NASTRAN 4.5 Metode Elemen Hingga (MEH) yang digunakan untuk menganalisa struktur

diselesaikan denghan bantuan NASTRAN, suatu paket program yang dikembangkan di Amerika Serikat oleh National Aeronautics and Space Administration (NASA). Perangkat Schwendler Corporation. Perengkat lunak ini adalah program analisa elemen hingga untuk analisa tegangan (stress), getaran (vibration), dan perpindahan panas

(heat

transfer)

dari

struktur

dan

komponen

mekanika.

Dengan

MSC/NASTRAN, kita dapat mengimport geometri CAD (Computer Aided Design) ataupun dengan membuat geometri sendiri dengan MSC/NASTRAN.


Tidak ada masalah dimana kita membuat geometri, kita dapat memakai untuk membuat model elemen hingga yang lengkap. Mesh, dapat dibuat dengan banyak metode: secara manual sampai automatik. Pemakaian material dan penentuan sifat material dapat dibuat atau dipilih dari MSC/NASTRAN’s libraries. Demikian juga banyak tipe kondisi batas dan kondisi pembebanan dapat diterapkan kerancangan. Analisa tegangan dengan metode elemen hingga dapat memecahkan beberapa kasus banyak menggunakan pendekatan prosedur dua dimensi. Prosedur dua dimensi. digunakan karena praktir, lebih mendekati, dan modelnya lebih sederhana. Pada kasus yang sebenarnya analisa tiga dimensi yang banyak digunakan karena analisa tegangan tiga dimensi dengan metode elemen hingga mendekati masalah yang sebenarnya. Kajian numerik yang umum digunakan dilakukan dengan dua cara yaitu dengan beda hingga dan elemen hingga. Beda hingga (finite difference) dilakukan dengan mendiskretisasi persamaan differensial. Metode ini memiliki kelemehan utama yaitu syarat-syarat batasnya sangat susah dipenuhi. Dan kelemehan yang lain adalah akurasi hasil perhitungan yang relatif rendah. Kajian elemen hingga adalah analisis pendekatan yang berasumsi peralihan atau asumsi tegangan atau berdasarkan kombinasi keduanya pada setiap elemennya. Mesh dapat dibuat dengan berbagai metode yaitu Generate Between, Generate Region, On Geometry, Boundary Mesh, dan Transition. Material dan sifat material dapat dibuat atau dipilih dari MSC/NASTRAN libraries. MSC/NASTRAN juga dapat menampilkan secara grafik setiap langkah proses modelling dan masih banyak lagi keunggulan dan kemudahan yang disediakannya. Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

2.5.

Metode Elemen Hingga Metode Elemem Hingga adalah metode numerik yang digunakan untuk

menyelesaikan permasalahan teknik dalam problem matematis dari suatu gejala phisis. Tipe masalah teknis dan matematis phisis yang dapat diselesaikan dengan metode elemen hingga terbagi dalam dua kelompok, yaitu kelompok analisa struktur dan kelompok masalah-masalah non-struktur. Tipe-tipe permasalahan struktur meliputi: a. Analisa tegangan (stress), meliputi analisa truss dan frame serta masalahmasalah yang berhubungan dengan tegangan-tegangan yang terkonsentrasi. b. Buckling c. Analisa getaran Problem non-struktur yang dapat diselesaikan dengan menggunakan metode ini meliputi: a. Perpindahan panas dan massa b. Mekanika fluida, termasuk aliran fluida lewat media poros c. Distribusi dari potensial listrik dan potensial magnet Dalam persoalan-persoalan yang menyangkut geometri yang rumit, seperti persoalan pembebanan terhadap struktur yang kompleks, pada umumnya sulit dipecahkan melalui matematika analisis. Hal ini disebabkan karena matematika analisis memerlukan besaran atau harga yang harus diketahui pada setiap titik pada struktur yang dikaji.


Penyelesaian analisis dari suatu persamaan differensial suatu geometri yang kompleks, pembebanan yang rumit, tidak mudah diperoleh. Formulasi elemen hingga dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan ini. Motode ini akan mengadakan pendekatan terhadap harga-harga yang tidak diketahui pada setiap titik secara diskrit. Dimulai dengan pemodelan dari seuatu 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 utuh. Dalam persoalan-persoalan yang menyangkut geometri yang rumit, seperti persoalan pembebanan terhadap struktur yang kompleks, pada umumnya sulit dipecahkan melalui matematika analisis. Hal ini disebabkan karena matematika analisis memerlukan besaran atau harga yang harus diketahui pada setiap titik pada struktur yang dikaji. Penyelesaian analisis dari suatu persamaan diferensial suatu geometri yang kompleks, pembebanan yang rumit, tidaklah mudah diperoleh. Formulasi dari elemen hingga dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan ini. Metode ini akan mengadakan pendekatan terhadap harga-harga yang tidak diketahui pada setiap titik secara diskrit. Dimulai dengan pemodelan suatu benda dengan membagi-bagi dalam bagian yang kecil yang secara keseluruhan masih mempunyai sifat yang sama dengan benda yang utuh sebelum terbagi kedalam bagian-bagian yang kecil (diskritisasi). Secara umum langkah-langkah yang dilakukan dalam metode elemen hingga dirumuskan sebagai berikut : Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

1. Pemilihan tipe elemen dan diskritisasi Tipe elemen yang digunakan dalam metode elemen hingga ini yaitu : elemen segitiga dan segi empat untuk dua dimensi, sedangkan untuk 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 pemindah/fungsi interpolasi Jenis-jenis fungsi yang sering digunakan adalah fungsi linier, fungsi kuadratik, kubik, atau polinomial derajat tinggi. 3. Mencari hubungan strain-displacement dan stress-strain. Sebagai contoh untuk kasus satu dimensi berlaku hubungan :

εx=

du ....................................................................................(2.16) dx

σ x = E ε x ................................................................................(2.17) Untuk menurunkan persamaan 2.16 tinjaulah sebuah elemen kecil dx dy dz dari sebuah benda seperti pada gambar 2.11 z, ,w

dy dx dz

y, v

P x, u

Gambar 2.11 Elemen dx dy dz


Apabila benda mengalami perubahan bentuk dan u,v,w merupakan komponen perpindahan titik P maka satuan perpanjangan (unit elongation) pada titik P dalam arah sumbu x adalah

du . dx

4. Mendapatkan matriks kekakuan dari elemen Untuk benda yang terdiri dari beberapa buah elemen maka dilakukan penggabungan dari matriks kekakuan elemen menjadi matriks kekakuan global yang berlaku untuk seluruh benda atau struktur 5. Gunakan persamaan kesetimbangan

{F }= [k ]{d } ...................................................................................(2.18) kemudian masukkan syarat batas yang diketahui. 6. Selesaikan persamaan pada langkah lima dengan menghitung harga yang belum diketahui. 7. Hitung stress dan strain dari tiap elemen.

2.5.1 Elemen tetrahedral Bentuk elemen tetrahedral ditunjukan pada gambar berikut ini . z,w 1 3 2 4

y,v

x,u

Gambar 2.12 Bentuk elemen solid tetrahedral Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

Perpindahan {d} adalah :

u1  v   1  w1    .  {d } =   .............................................................................................(2.19) .  u 4    v 4  w   4 fungsi perpindahan (u) adalah : u=

1 (α 1 + β 1 x + γ 1 y + δ 1 z )u1 + (α 2 + β 2 x + γ 2 y + δ 2 z )u 2 +   ........(2.20)  6v (α 3 + β 3 x + γ 3 y + δ 3 z )u 3 + (α 4 + β 4 x + γ 4 y + δ 4 z )u 4 

dimana 6v dihitung dari harga determinan berikut : 1 x1 y1 z1 6v =

1 x2 y 2 z 2 1 x3 y 3 z 4

....................................................................................(2.21)

1 x3 y 4 z 4

v menyatakan volume dari elemen tetrahedral. Koefisien αi, βi,δi, ( i = 1,2,3,4 ) dalam persamaan sebelumnya diberikan sebagai berikut :

x2 y 2 z 2

α 1 = x3 y 3 z 3 x4 y 4 z 5

1 y2 z2

β1 = 1 y3 z3 ..................................(2.22) 1 y4 z4


1 y2 z2

γ 1 = 1 y3 z 3 1 y4 z4

x1 y1 z1

α 2 = − x3 y3 z3 x4 y4 z4

1 x1 z1

γ 2 = 1 x3 z3 1 x4 z4

x1 y1 z1

α 3 = x3 y3 z3 x4 y 4 z 4

1 x1 z1

γ 3 = 1 x2 z 2 1 x4 z 4

x1 y1 z1

α 4 = − x2 y 2 z 2 x3 y 3 z 3

1 x1 y1

δ 1 = 1 x 3 y 3 …………………….(2.23) 1 x4 y4

1 y1 z1

β 2 = 1 y3 z3 …………………….(2.24) 1 y4 z 4

1 x1 y1

δ 2 = 1 x3 y3 ……………………...(2.25) 1 x4 y 4

1 y1 z1

β 3 = 1 y 2 z 2 ……………………...(2.26) 1 y4 z4

1 x1 y1

δ 3 = − 1 x2 y 2 …………………….(2.27) 1 x4 y 4 1 x1 y1

β 4 = − 1 x2 y 2 …………………….(2.28) 1 x3 y 3


1 x1 y1

1 x1 z1

δ 4 = 1 x2 y 2 …………………....(2.29)

γ 4 = 1 x2 z 2

1 x3 y3

1 x3 z 3

Fungsi perpindahan dalam kaitannya dengan fungsi bentuk N ditulis sebagai berikut: u1  v   1  w1    u 2  v 2  u   N 1 0 0 N 2 0 0 N 3 0 0 N 4 0 0         w2  v  = 0 N 1 0 0 N 2 0 0 N 3 0 0 N 4 0    ...................................(2.30) w 0 0 N 0 0 N 0 0 N 0 0 N  u 3  1 2 3 4    v 3    w3  u   4 v 4     w4 

dimana N1 = N2 = N3 = N4 =

α 1 + β1 x + γ 1 y + δ 1 z 6v

α2 + β2 x + γ 2 y + δ 2 z 6v

……………………………………………....(2.31)

α3 + β3 x + γ 3 y + δ 3 z 6v

α4 + β4 x + γ 4 y + δ 4 z 6v


strain dari elemen untuk kasus stress tiga dimensi diberikan dalam persamaan berikut ini:

{ε } = [B] {d }........................................................................................(2.32)

β1 0  0 [B] =  λ1 0  δ 1

0

γ1 0

β1 δ1 0

0  0  δ1   ……………………………………………………….(2.33) 0  γ1  β 1 

hubungan stress-strain diberikan melalui persamaan:

{σ } = [D] {ε }...............................................................................................(2.34) dimana [D ] adalah :

0 0 0  1 − v v v  1− v v 0 0 0    1− v 0 0 0    1 − 2v   E 0 0 [D] =  ..........................(2.35)  2 (1 + v )(1 − 2v )   1 − 2v  0  2    1 − 2v    2  


2.6.

Kerangka Konsep Penelitian Hasil yang diperoleh dalam suatu penelitian sering dipengaruhi oleh variable-

variabel penelititan itu sendiri. Untuk mengontrol pegaruh variabel satu dengan yang lainnya maka perlu dibuat kerangka konsep penelitian seperti pada pada Gambar 2.13:

Permasalahan : Distribusi tegangan pada seluruh permukaan helm

Variable bebas: • Model helm • Arah impak

Simulasi KOMPUTER

Hasil yang diperolah - Tegangan pada seluruh permukaan helm - Lokasi tegangan yang menyebabkan inisiasi retak pada helm

Gambar 2.13 Kerangka konsep penelitian


BAB 3 METODE PENELITIAN

3.1.

Tempat dan Waktu Simulasi menggunakan Software MSC/NASTRAN 4.5 dilaksanakan sejak

tanggal pengesahan usulan oleh pengelola program sampai dinyatakan selesai. Tempat pelaksanaan di IC-STAR USU menggunakan Software MSC/NASTRAN 4.5 dan pemodelan dilakukan dengan menggunakan AutoCAD yang mendekati bentuk sebenarnya.

3.2.

Bahan, Peralatan dan Metode

3.2.1. Bahan (helm toko) Pada penelitian ini helm yang akan diuji yaitu helm separuh kepala tanpa busa (tipe a1), helm separuh kepala ditambah busa (tipe a2), helm penuh tanpa busa (tipe b1), dan helm penuh ditambah busa (tipe b2), helm ini adalah helm non-standard, helm sepeda motor ini dipilih atas dasar masih banyak digunakan pengendara sepeda motor. Peneliti mengasumsikan bahwa helm jenis ini belum memenuhi kategori standard, alasannya karena tidak terdapat lebel maupun stiker uji standard yang ditempel pada helm.


Gambar 3.1 Helm non-standard

3.2.2. Peralatan Pada Penelitian ini simulasi menggunakan perangkat lunak MSC/NASTRAN 4.5, AutoCAD untuk pemodelan dalam bentuk solid, sedangkan untuk pemodelan elemen hingga dikerjakan menggunakan software MSC/NASTRAN 4.5 dengan mengimport dari model AutoCAD.

3.2.3. Metode 3.2.3.1.Pembuatan gambar helm dengan menggunakan AutoCAD Untuk mendapatkan gambar yang sesuai dengan aslinya, pertama helm diukur secara manual, setelah diukur mulai menggambar dengan menggunakan AutoCAD. Gambar dapat dilihat pada Gambar 3.2:


Gambar 3.2 Ukuran helm separuh kepala

Gambar 3.3 Ukuran helm penuh

3.2.3.2. Material yang dipilih untuk helm sepeda motor non-standard Karena penelitian ini simulasi maka material tempurung diasumsikan Polypropilene-Etilene Copolimer karena sudah ada yang melakukan pengujian pada helm industri non-standard [4] dan material peredam benturan (busa) adalah Polyethylene Foam LD18. dapat dilihat pada Tabel 3.1.


Tabel 3.1 Sifat mekanik impak material helm [4] Jenis Pengujian

Rata-rata

Std.Dev.

Tensile Yield Strength (MPa)

33,4481

1,94

Elastik Modulus (MPa)

1651,899

176,012

Elongation at Break (%)

20,248

1,637

Diketahui sifat mekanik impak material helm: a. Massa jenis helm ( ρ )

= 0,852243 x 10-6 kg/mm3

b. Cepat rambat gelombang (C0) = 1,392227 mm/s Diketahui sifat mekanik material busa (Lampiran 3): a. Mass density

= 2 x 10-8 kg/mm3

b. Young’s modulus

= 0,2 MPa

c. Poisson’s ratio

= 0,1

3.2.3.3. Penelitian secara simulasi komputer Simulasi dengan menggunakan komputer dilaksanakan di IC-STAR USU. Software yang digunakan adalah MSC/NASTRAN 4.5 for Windows yang berbasis Metode Elemen Hingga (MEH). MSC/NASTRAN 4.5 mampu menyelesaikan persoalan-persoalan struktur dan material untuk menganalisa tegangan (stress), getaran (vibration), dan perpindahan panas (heat transfer). Kajian numerik yang umum digunakan dilakukan dengan dua cara yaitu dengan beda hingga dan elemen hingga. Beda hingga (finite difference) dilakukan dengan mendiskretisasi persamaan differensial. Metode ini memiliki kelemahan Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

utama yaitu syarat-syarat batasnya sangat susah dipenuhi. Dan kelemahan yang lain adalah akurasi hasil perhitungannya yang relatif rendah. Kajian elemen hingga adalah analisis pendekatan yang berasumsi peralihan atau asumsi tegangan atau berdasarkan kombinasi keduanya pada setiap elemennya. Simulasi komputer dilakukan untuk mengklarifikasikan prilaku

mekanik

yang

terjadi

akibat

pengujian

secara

experimental. Untuk membantu dalam simulasi ini, khususnya dalam membuat model akan digunakan software AutoCAD. Langkah-langkah yang dilakukan pada simulasi dengan menggunakan MSC/NSTRAN 4.5 adalah: 1. Helm di Import dari AutoCAD dalam bentuk SAT, setelah itu baru bisa dibuka di MSC/NASTRAN 4.5

Gambar 3.4 Kotak dialog untuk di import ke NASTRAN 2. Pemberian Mesh, besar ukuran mesh dapat ditentukan

Gambar 3.5 Kotak dialog ukuran mesh Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

3. Material helm dipilih Polypropilene-Etilene Copolimer, karena tidak ada didalam kotak dialog maka sifat-sifat mekanik yang dimasukkan adalah modulus elastisitas, masa jenis dan poisson ratio.

Gambar 3.6 Kotak dialog material dan sifat mekaniknya

4. Constraint dilakukan karena pada simulasi helm dipotong setengah maka bagian helm yang dipotong yang diberikan constraint.

Gambar 3.7 Kotak dialog constraint/DOF


5. Untuk melihat kurva tegangan vs waktu maka dapat dilakukan dengan memasukkan data pada kotak dialog Function Definition

Gambar 3.8 Kotak dialog model fungsi

6. Pembebanan dipilih dalam bentuk Tegangan

Gambar 3.9 Kotak dialog beban dalam bentuk tegangan Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

7. Dynamic Analysis dalam simulasi ini diperlukan pembebanan dalam bentuk dinamis dengan waktu penjalaran di helm.

Gambar 3.10 Kotak dialog analisa dinamik

8. Langkah terakhir adalah melakukan Analisa dengan memilih Analysis type dalam bentuk transient dynamic dan output Type dalam bentuk displacement and stress

Gambar 3.11 Kotak dialog analisa Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

3.3.

Variabel yang Diamati Adapun variable yang akan diamati dalam simulasi dengan software

MSC/NASTRAN 4.5 secara keseluruhan variabel yang diamati pada penelitian ini adalah:

3.4.

1.

Dimensi dan geometri helm

2.

Waktu terjadinya beban impak

3.

Tegangan insiden yang masuk ke dalam helm

4.

Distribusi tegangan pada seluruh permukaan helm

5.

Kekuatan helm terhadap beban impak

Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian Secara garis besar pelaksanaan penelitian ini akan dilaksanakan berurutan dan

sistematis. Pelaksanaan penelitian dimulai dari penelusuran literatur dan penyusunan proposal penelitian, pemeriksaan ketersediaan peralatan, pengujian statik berupa pengujian tarik untuk mendapatkan sifat mekanik helm non-standard serta simulasi komputer. Semua hasil akan diolah dan diperoleh kesimpulan yang berupa jawaban dari tujuan penelitian. Untuk lebih jelas dapat dilihat diagram alir pelaksanaan penelitian


Mulai

Penelusuran literature dan penyusunan proposal

Pemeriksaan ketersediaan peralatan dan bahan

Pengadaan helm non-standard • Model half face • Model full face

Menggambar helm non-standard dengan AutoCAD

Simulasi Komputer

Tidak

Ya Distribusi tegangan

Selesai

Gambar 3.12 Diagram alir pelaksanaan penelitian


BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1.

Pendahuluan Helm sepeda motor yang digunakan sebagai spesimen pada penelitian ini

adalah helm sepeda motor non-standard yang banyak dijual dipasaran dan digunakan oleh pengendara sepeda motor. Bentuk helm yang akan disimulasikan pada penelitian ini adalah helm separuh kepala tanpa busa (tipe a1), helm separuh kepala ditambah busa (tipe a2), helm penuh tanpa busa (tipe b1), dan helm penuh ditambah busa (tipe b2). Material helm separuh kepala dan helm penuh adalah Polypropilene-Etilene Copolimer dan material busa adalah Polyethylene Foam LD18. Respon yang terjadi pada lokasi impak tidak dapat dilakukan secara langsung, sehingga untuk mengamati respon ini dilakukan simulasi komputer. Sehingga dengan simulasi tersebut dapat diamati distribusi tegangan pada seluruh permukaan helm dengan menggunakan Software MSC/NASTRAN 4.5.

4.2.

Simulasi Helm Sepeda Motor Non-Standard Simulasi komputer berbasis metoda elemen hingga modelnya dipersiapkan

dalam dua tahap, yaitu model solid dan model elemen hingga. Sebelum simulasi elemen hingga dilakukan, helm dimodelkan dengan bantuan software AutoCAD,


helm di gambar sesuai dengan dimensi dan geometri helm yang sebenarnya (Gambar 4.1 dan 4.2).

Gambar 4.1 Helm separuh kepala (half face)

Gambar 4.2 Helm penuh (full face)


Pemodelan dengan elemen hingga dikerjakan menggunakan software MSC/NASTRAN 4.5 dengan meng-import dari model AutoCAD (Gambar 4.3 dan 4.4). Pada simulasi ini ada dua helm sepeda motor non-standard yang digunakan yaitu helm separuh kepala (half face) dan helm penuh (full face). V1

Y X Z

Gambar 4.3 Helm separuh kepala setelah di import dari AutoCAD

V1

Y X Z

Gambar 4.4 Helm penuh setelah di import dari AutoCAD


Model elemen hingga dan arah impak pada helm ditunjukkan pada Gambar 4.5 dan 4.6, masing-masing: helm separuh kepala dan helm penuh, untuk melihat distribusi tegangan pada permukaan helm arah pengimpakan dilakukan pada arah impak atas, impak samping, impak belakang, impak depan. Bentuk elemen yang digunakan adalah elemen solid tetrahedral 4 node. Penyelesaian metoda elemen hingga

diupayakan

semaksimal

mungkin

untuk

menyederhanakan

kondisi

sebenarnya. Penelitian ini hanya simulasi maka meterial propertis dipilih Polypropilene-Etilene Copolimer (Mahadi, B., [2]) yang telah melakukan penyelidikan dan pengujian terhadap kehandalan dan kekuatan helm: Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 23689 Jumlah Elemen : 11744

(a) Impak atas

(b) Impak samping

(c) Impak depan

(d) Impak belakang

Gambar 4.5 Lokasi impak pada helm separuh kepala Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 36275 Jumlah Elemen : 17682


(a) Impak atas

(b) Impak samping

(c) Impak depan

(d) Impak belakang

Gambar 4.6 Lokasi impak pada helm penuh

4.2.1. Helm separuh kepala tanpa busa (tipe a1) 4.2.1.1. Impak atas Helm yang sudah di model dipindahkan ke MSC/NASTRAN 4.5 dengan meng-import gambar dari AutoCAD, dalam MSC/Nastran 4.5 analisa bisa dilakukan dengan mengambil setengah dari model yang sebenarnya dengan syarat bentuk geometri helm harus simetris terhadap salah satu sumbunya, agar helm sesuai dengan Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

bentuk sebenarnya maka perbandingan selaka helm harus disesuaikan dengan perbandingan 1:1, hasil dapat dilihat pada Gambar 4.7.

V1 Y 120. 105. 90. 75. 60. 45. 30. 15. 0. Y Z

-15.

X

X 464.0499 479.0499 494.0499 509.0499 524.0499 539.0499 554.0499 569.0499 584.0499 599.0499 614.0499 629.0499 644.0499 659.0499 674.0499 689.0499 704.0499 719.0499

Gambar 4.7 Model helm di Nastran setelah di import dari AutoCAD

Dalam simulasi bentuk elemen yang digunakan adalah elemen solid tetrahedral 4 node. Jumlah elemen yang akan terbentuk pada model helm tergantung pada ukuran helm (elemen size) yang terdapat pada kotak dialog (Gambar 4.8). Elemen size dipilih 7,5 mm, dari hasil diketahui jumlah elemen helm separuh kepala adalah 23689 dan jumlah node 11744 (Gambar 4.9).


Gambar 4.8 Kotak dialog mesh

V1 L1 C1

Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 23689 Jumlah Elemen : 11744 2400.

Y X Z

Gambar 4.9 Helm yang sudah di mesh

Setelah itu pemilihan material helm yang disimulasikan adalah Polypropilene-Etilene Copolimer [4], di dalam kotak dialog (Gambar 4.10) telah tersedia berbagai jenis material beserta sifat-sifat mekaniknya. Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

Gambar 4.10 Kotak dialog jenis material

Bila dipilih salah satu dari material-material tersebut maka kotak dialog untuk material otomatis akan terisi (Gambar 4.11). Karena material helm yang diinginkan tidak terdapat pada daftar maka sifat-sifat mekanik material Polypropilene-Etilene Copolimer dapat kita tulis dikotak dialog secara manual, data yang dibutuhkan untuk simulasi seperti modulus elastisitas, massa jenis, dan poisson ratio harus diisikan ke dalam kotak dialog pada Gambar 4.11. Ukuran helm ketika dimodelkan dengan software AutoCAD dibuat dalam satuan milimeter, sehingga data yang dimasukkan dalam satuan milimeter: a. Young’s Modulus, E = 1652 MPa b. Poisson’s Ratio

= 0,44

c. Mass density, ρ

= 852,243 kg/m3 = 0,852243.10-6 kg/mm3


Gambar 4.11 Kotak dialog material dan sifat mekaniknya

Karena beban impak diberikan dari sebelah atas helm maka pada MSC/Nastran artinya beban impak diberikan dalam arah sumbu Y, maka untuk gerakan translasi helm harus di countraint dalam arah sumbu X dan Z, sedangkan untuk arah Y tidak di countraint karena pada arah sumbu ini helm akan bertranslasi setelah kena beban impak (Gambar 4.12).

Gambar 4.12 Kotak dialog constraint Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

V1 C1 13 13 113 313 13 113 313 13 13 113 313 13 13 113 313 13 13 13 13 13 13 13 13 13 113 313 13 13 13 13 13 13 13 313 13 13 11 313 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13

Elemen Solid Tetrahedral Jumlah Node : 23689 Jumlah Elemen : 11744

Y X Z

Gambar 4.13 Helm yang di constraint

Pemberian Beban (Jones, N., [23]): Diasumsikan:

v1 = 20 km/jam = 5,56 m/s (Kecepatan orang jatuh pada saat tabrakan) m1 = 3 kg (berat kepala orang) Av = 15 ( 0 ≤ Av ≤ 300 )

maka: a1 = Av . g = 15 . 10 = 150 m/s2 Waktu orang jatuh pada saat tabrakan adalah: v12 (5.56) 2 2Δ = = 150 a1 = 0,206 m


t1 =

=

2∆ v1 0.206 = 0.037 s = 37 ms ( 2,3 ms ≤ t ≤ 50 ms) 5.56

Jarak yang ditempuh: s1 = v1 . t1 = 5,56 . 0,037 = 0,206 m Keseimbangan momentum:

Gambar 4.14 Kepala saat membentur aspal

Gaya yang terjadi pada helm saat membentur aspal: F1 = m1 . a1 = 3 . 150 = 450 N F2 = m2 . a2 = 0 F = F1 – F2 = F1 – (–F2) = 450 + 0 = 450 N Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

A = Luas daerah pembebanan,

π

=

4

d2

dimana d = diameter permukaan helm yang menyentuh aspal (7,5 mm) A=

π 4

d2

3,14 (7,5) 2 = 44,16 mm2 4

= Maka tegangan adalah:

σ=

=

F A

450 ≈ 10,19 MPa 44,16

Di dalam software Nastran tersedia berbagai bentuk pembeban, diantaranya adalah dalam bentuk gaya (force) dan dalam bentuk tekanan atau tegangan (pressure). Beban yang dimasukkan

ke simulasi adalah dalam bentuk tegangan maka dipilih

pembebanan dalam bentuk tegangan = 10.19 MPa arah face = 1 di elemen 5976 untuk impak atas.

Gambar 4.15 Kotak dialog pemilihan elemen


Arah pembebanan tersedia empat arah yaitu dari arah atas, bawah, kanan, kiri, untuk elemen 5976 dipilih face = 1 yang memberikan arah impak dari sebelah atas (arah-Y).

Gambar 4.16 Kotak dialog beban impak dalam bentuk tegangan

V1 L1 C1

10.19

Y X

Z

13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 113 13 313 13 1 13 313 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 113 13 13 13 13 13 13 1313 3 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 113 13 3 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 1 13 3 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 11 33 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 11 33 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 1 13 3 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 1 13 3 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 1 13 3 13 13 13 13 13 113 13 13 13 1313 3 13 13 13 13 13 13 13 13

Gambar 4.17 Helm yang diberikan beban


Beban yang diberikan adalah beban impak atau beban dinamis maka dalam simualsi ini diperlukan pembebanan dalam bentuk dinamis dan pembagian waktu pembebanan untuk Time per step:

maka: a. Masukkan number of steps

= 30

b. Time per step

= 5,39 µs

Gambar 4.18 Kotak dialog analisa dinamik

Tegangan fungsi waktu diamati pada lokasi permukaan helm, yaitu: pada lokasi diberinya beban impak, untuk melihat tegangan fungsi waktu pada lokasi beban impak untuk kedua bentuk helm pada Gambar 4.21. Respon tegangan yang terjadi Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

pada lokasi ini terlihat adanya perbedaan baik besarnya respon maupun bentuk gelombang penjalarannya. Maka untuk waktu impak tegangan insiden adalah ti = t1 x 2 = 0,037 x 2 = 0,074 s.

Gambar 4.19 Tegangan insiden vs waktu impak

Gambar 4.20 Kotak dialog model fungsi


0.998 0.939 0.881 0.822 0.763 0.704 0.646 0.587 0.528 0.47 0.411 0.352 0.294 0.235 0.176 0.117 .0587 0.

0.

0.00462 0.00925

0.0139

0.0185

0.0231

0.0277

0.0324

0.037

0.0416

0.0462

0.0509

0.0555

0.0601

0.0648

0.0694 0.074 74E-3/25

Gambar 4.21 Kurva tegangan insiden vs waktu impak

Langkah terakhir untuk menganalisa helm maka pada kotak dialog Nastran analysis control pilih: Analysis Type

= 3..Transient Dynamic/Time

Output Type

= 2..Displacements and stress

Gambar 4.22 Nastran analysis control

Sebagaimana diketahui bahwa efek pembebanan secara impak pada suatu struktur berbeda dengan beban statik, dengan beban impak berlaku fenomena penjalaran tegangan; gelombang tegangan dapat berpropagasi dan terefleksi pada batas bebas menuju lokasi impak. Gelombang dapat bertubrukan sesamanya dan Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

membentuk daerah pemusatan tegangan yang mampu merusak struktur. Perlu dicatat bahwa pada kasus ini tegangan yang dilihat dari hasil pengimpakan adalah tegangan pada arah depan dari helm (Frontal) dan tegangan pada arah samping dari helm (Lateral). Pengimpakan arah atas helm dengan beban yang dimasukkan pada Load – Elemental – Pressure = 10.19 MPa arah face = 1, di elemen 5976 maka distribusi tegangan normal arah-X dapat dilihat pada Gambar 4.23 dan tegangan normal arah-Z pada Gambar 4.24. V1 L1 C1

10.19


9.741 8.253 6.766 5.278 3.79 2.303 0.815 -0.673 -2.16 -3.648 -5.135 -6.623 -8.111 -9.598

Y

-11.09

X

-12.57

Z Output Set: Case 31 Time 0.0001617 Contour: Solid X Normal Stress

-14.06

Gambar 4.23 Distribusi tegangan normal arah-X impak atas V1 L1


10.19

6.968 5.703 4.438 3.174 1.909 0.644 -0.62 -1.885 -3.149 -4.414 -5.679 -6.943 -8.208 -9.473

Y X Z Output Set: Case 31 Time 0.0001617 Contour: Solid Z Normal Stress

-10.74 -12. -13.27

Gambar 4.24 Distribusi tegangan normal arah-Z impak atas Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

Dari Gambar 4.23 dan 4.24 diketahui besar tegangan normal arah-X di lokasi a sekitar -12,44 MPa pada waktu 80,8 µs dan arah-Z sekitar -13,98 MPa pada waktu 50,5 µs, daerah penjalaran tegangan terbesar terjadi pada jarak 77 mm di elemen 7428 lokasi b (Gambar 4.26), diketahui tegangan arah-X sekitar +2,04 MPa pada waktu 149 µs dan arah-Z sekitar +0,12 MPa pada waktu 145 µs. 0. 0.839 1.679 2.518 3.357 4.197 5.036 5.875 6.715 7.554 8.393 9.233 10.07 10.91 11.75 12.59 13.43

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value

1: Solid X Normal Stress, Element 5976 2: Solid Z Normal Stress, Element 5976

Gambar 4.25 Tegangan vs waktu (tegangan normal lokasi a dititik impak)

2.037 1.903 1.769 1.634 1.5 1.366 1.231 1.097 0.963 0.828 0.694 0.56 0.425 0.291 0.157 .0223 -0.112

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value


Gambar 4.26 Tegangan vs waktu (tegangan normal di lokasi b) Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

4.2.1.2. Impak belakang Pengimpakan dilakukan pada arah belakang helm dengan beban yang masukkan pada Load – Elemental – Pressure = 10.19 MPa arah face = 2, di elemen 7377 maka distribusi tegangan normal arah-Y dapat dilihat pada Gambar 4.27 dan tegangan normal arah-Z pada Gambar 4.28. V1 L1 C1

8.997 7.446 5.895 4.345 2.794 1.243 -0.307 -1.858 -3.409 -4.959 10.19

-6.51 -8.061 -9.611 -11.16

Y Z

-12.71 -14.26

X

Output Set: Case 31 Time 0.0001617 Contour: Solid Y Normal Stress

-15.81

Gambar 4.27 Distribusi tegangan normal arah-Y impak belakang

V1 L1 C1

9.396 7.818 6.24 4.662 3.084 1.506 -0.0715 -1.649 -3.227 -4.805 10.19

-6.383 -7.961 -9.539 -11.12

Y Z

-12.69 X

Output Set: Case 31 Time 0.0001617 Contour: Solid Z Normal Stress

-14.27 -15.85

Gambar 4.28 Distribusi tegangan normal arah-Z impak belakang


Dari Gambar 4.27 dan 4.28 diketahui besar tegangan normal arah-Y di lokasi a sekitar -11,14 MPa pada waktu 111 µs dan arah-Z sekitar -12,23 MPa pada waktu 40,4 µs, daerah penjalaran tegangan terbesar terjadi pada jarak 120 mm di elemen 9931 lokasi b (Gambar 4.30), diketahui tegangan arah-Y sekitar +0,92 MPa pada waktu 156 µs dan arah-Z sekitar +0,11 MPa pada waktu 156 µs. 0. 0.764 1.529 2.293 3.057 3.822 4.586 -5.35 6.115 6.879 7.644 8.408 9.172 9.937 -10.7 11.47 12.23

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value

1: Solid Y Normal Stress, Element 7377 2: Solid Z Normal Stress, Element 7377


0.921 0.834 0.747 0.66 0.573 0.486 0.4 0.313 0.226 0.139 0.0521 0.0348 -0.122 -0.209 -0.295 -0.382

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



4.2.1.3. Impak samping Pengimpakan dilakukan pada arah samping helm dengan beban yang masukkan pada Load – Elemental – Pressure = 10.19 MPa arah face = 1, di elemen 11637 maka distribusi tegangan normal arah-X dapat dilihat pada Gambar 4.31 dan tegangan normal arah-Y pada Gambar 4.32. V1 L1

15.97 13.74 11.51 9.288 7.061 4.834 2.606 0.379 -1.848 -4.075 -6.302 -8.529 -10.76 -12.98

Y X

10.19

-15.21 -17.44


-19.66

Gambar 4.31 Distribusi tegangan normal arah-X impak samping

V1 L1

16.1 13.9 11.69 9.486 7.282 5.078 2.874 0.669 -1.535 -3.739 -5.944 -8.148 -10.35 -12.56

Y X Z Output Set: Case 31 Time 0.0001617 Contour: Solid Y Normal Stress

10.19

-14.76 -16.97 -19.17

Gambar 4.32 Distribusi tegangan normal arah-Y impak samping


Dari Gambar 4.31 dan 4.32 diketahui besar tegangan normal arah-X di lokasi a sekitar -14,55 MPa pada waktu 102 µs dan arah-Y sekitar -14,87 MPa pada waktu 102 µs, daerah penjalaran tegangan terbesar terjadi pada jarak 70 mm di elemen 19261 lokasi b (Gambar 4.34), diketahui tegangan arah-X sekitar +2,53 MPa pada waktu 157 µs dan arah-Y sekitar +0,64 MPa pada waktu 145 µs. 0. 0.929 1.858 2.787 3.716 4.645 5.574 6.503 7.432 8.361 9.289 10.22 11.15 12.08 13.01 13.93 14.86

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value

1: Solid X Normal Stress, Element 11637 2: Solid Y Normal Stress, Element 11637


2.53 2.336 2.143 1.949 1.756 1.562 1.369 1.176 0.982 0.789 0.595 0.402 0.208 0.015 0.178 0.372

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



4.2.1.4. Impak depan Pengimpakan dilakukan pada arah depan helm dengan beban yang masukkan pada Load – Elemental – Pressure = 10.19 MPa arah face = 1, di elemen 8760 maka distribusi tegangan normal arah-Y dapat dilihat pada Gambar 4.35 dan tegangan normal arah-Z dapat Gambar 4.36. V1 L1 C1

8.811 7.55 6.288 5.027 3.765 2.504 1.242 -0.0193 -1.281 -2.542 -3.804

10.19

-5.065 -6.327 -7.588

Y

-8.849

X

-10.11

Z Output Set: Case 31 Time 0.0001617 Contour: Solid Y Normal Stress

-11.37

Gambar 4.35 Distribusi tegangan normal arah-Y impak depan

V1 L1 C1

7.605 6.296 4.987 3.677 2.368 1.059 -0.25 -1.56 -2.869 -4.178 10.19

-5.488 -6.797 -8.106 -9.416

Y X Z Output Set: Case 31 Time 0.0001617 Contour: Solid Z Normal Stress

-10.72 -12.03 -13.34

Gambar 4.36 Distribusi tegangan normal arah-Z impak depan


Dari Gambar 4.35 dan 4.36 diketahui besar tegangan normal arah-Y di lokasi a sekitar -9,24 MPa pada waktu 111 µs dan arah-Z sekitar -11,98 MPa pada waktu 40,4 µs, daerah penjalaran tegangan terbesar terjadi pada jarak 21 mm di elemen 5761 lokasi b (Gambar 4.38), diketahui tegangan arah-Y sekitar +2,45 MPa pada waktu 42,6 µs dan arah-Z sekitar +2,03 MPa pada waktu 156 µs. 0. 0.749 1.497 2.246 2.994 3.743 4.492 -5.24 5.989 6.738 7.486 8.235 8.983 9.732 10.48 11.23 11.98

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



2.451 2.288 2.124 1.961 1.798 1.634 1.471 1.307 1.144 0.98 0.817 0.654 0.49 0.327 0.163 0.

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



Tabel 4.1 Hasil tegangan pada helm separuh kepala tanpa busa (tipe a1)

Arah Impak

Pada lokasi a

Pada lokasi b

Arah Frontal

Arah Lateral

Arah Frontal

Arah Lateral

Impak Atas (Y)

X = - 12,31

Z = - 13,43

X = + 2,04

Z = + 0,12

Impak Belakang (X)

Y = - 11,14

Z = - 12,23

Y = + 0,92

Z = + 0,11

Impak Samping (Z)

X = - 14,55

Y = - 14,87

X = + 2,53

Y = + 0,64

Impak Depan (X)

Y = - 9,24

Z = - 11,98

Y = + 2,45

Z = + 2,03

Dari data Tabel 4.1 diketahui tegangan terbesar dari arah pengimpakan untuk helm separuh kepala tanpa busa adalah impak samping yaitu pada arah-X di lokasi a sekitar -14,55 MPa pada waktu 102 µs dan arah-Y sekitar -14,87 MPa pada waktu 102 µs, daerah penjalaran tegangan terbesar terjadi pada jarak 70 mm di elemen 19261 (lokasi b), diketahui tegangan arah-X sekitar +2,53 MPa pada waktu 157 µs dan arah-Y sekitar +0,64 MPa pada waktu 145 µs.

4.2.2. Helm separuh kepala ditambah busa (tipe a2) 4.2.2.1.Impak atas Material busa adalah Polyethylene Foam LD18 (Lampiran 3). Pengimpakan dilakukan pada arah atas helm dengan beban yang masukkan pada Load – Elemental – Pressure = 10.19 MPa pada face = 2 arah-Y, di elemen 6124 maka distribusi tegangan normal arah-X dapat dilihat pada Gambar 4.40 dan tegangan normal arah-Z pada Gambar 4.41.


Gambar 4.39 Helm separuh kepala ditambah busa

V1 L1 C1

10.19


1.339 0.929 0.518 0.107 -0.304 -0.715 -1.126 -1.537 -1.948 -2.359 -2.77 -3.18 -3.591 -4.002

Y

-4.413

X

-4.824


-5.235


V1 L1 C1

10.19


1.339 0.929 0.518 0.107 -0.304 -0.715 -1.126 -1.537 -1.948 -2.359 -2.77 -3.18 -3.591

Y X

Z

Output Set: Case 31 Time 0.0001617 Contour: Solid X Normal Stress

-4.002 -4.413 -4.824 -5.235

Gambar 4.41 Distribusi tegangan normal arah-Z impak samping Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

Dari Gambar 4.40 dan 4.41 diketahui besar tegangan normal arah-X di lokasi a sekitar -6,14 MPa pada waktu 32,2 µs dan arah-Z sekitar -6,32 MPa pada waktu 32,2 µs, daerah penjalaran tegangan terbesar terjadi pada jarak 70 mm di elemen 10191 lokasi b (Gambar 4.43), diketahui tegangan arah-X sekitar +0,19 MPa pada waktu 76,6 µs dan arah-Z sekitar +0,04 MPa pada waktu 54,4 µs. 0. 0.395 -0.79 1.185 1.581 1.976 2.371 2.766 3.161 3.556 3.951 4.346 4.742 5.137 5.532 5.927 6.322

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



0.195 0.181 0.166 0.152 0.138 0.123 0.109 0.0948 0.0805 0.0662 0.0519 0.0376 0.0233 0.00905 0.00524 -0.0195 -0.0338

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



4.2.2.2. Impak belakang Pengimpakan dilakukan pada arah belakang helm dengan beban yang masukkan pada Load – Elemental – Pressure = 10.19 MPa arah face = 4, di elemen 9614 maka distribusi tegangan normal arah-Y dapat dilihat pada Gambar 4.44 dan tegangan normal arah-Z pada Gambar 4.45. V1 L1 C1

5.874 4.967 4.06 3.153 2.246 1.339 0.432 -0.475 -1.382 -2.289 10.19 -3.196 -4.104 -5.011 -5.918 Y Z

-6.825 X


-7.732 -8.639


V1 L1 C1

4.479 3.587 2.696 1.804 0.912 0.0202 -0.872 -1.763 -2.655 -3.547

10.19

-4.439 -5.331 -6.223 Y

X

Z


-7.114 -8.006 -8.898 -9.79

Gambar 4.45 Distribusi tegangan normal Arah-Z impak belakang Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

Dari Gambar 4.44 dan 4.45 diketahui besar tegangan normal arah-Y di lokasi a sekitar -10,51 MPa pada waktu 33,3 µs dan arah-Z sekitar -11,96 MPa pada waktu 33,3 µs, daerah penjalaran tegangan terbesar terjadi pada jarak 130 mm di elemen 4606 lokasi b (Gambar 4.47), diketahui tegangan arah-Y sekitar +3,24 MPa pada waktu 156 µs dan arah-Z sekitar +0,35 MPa pada waktu 156 µs. 0. 0.747 1.495 2.242 2.989 3.737 4.484 5.231 5.979 6.726 7.474 8.221 8.968 9.716 10.46 11.21 11.96

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



3.236 2.979 2.723 2.466 2.209 1.953 1.696 1.439 1.183 0.926 0.669 0.413 0.156 0.101 0.357 0.614

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



4.2.2.3. Impak samping Pengimpakan dilakukan pada arah samping helm dengan beban yang masukkan pada Load – Elemental – Pressure = 10.19 MPa arah face = 1, di elemen 12058 maka distribusi tegangan normal arah-X dapat dilihat pada Gambar 4.48 dan tegangan normal arah-Y pada Gambar 4.49. V1 L1

14.54 12.74 10.94 9.141 7.343 5.545 3.747 1.949 0.151 -1.647 -3.445 -5.243 -7.041 Y

10.19 X

-8.839 -10.64 -12.43


-14.23


V1 L1

16.06 14.22 12.38 10.54 8.695 6.853 5.011 3.17 1.328 -0.514 -2.356 -4.197 -6.039 Y

10.19 X Z


-7.881 -9.723 -11.56 -13.41

Gambar 4.49 Distribusi tegangan normal arah-Y impak samping Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

Dari Gambar 4.48 dan 4.49 diketahui besar tegangan normal arah-X di lokasi a sekitar -10,98 MPa pada waktu 70,7 µs dan arah-Y sekitar -12,64 MPa pada waktu 20,2 µs, daerah penjalaran tegangan terbesar terjadi pada jarak 21 mm di elemen 1721 lokasi b (Gambar 4.51), diketahui tegangan arah-X sekitar +3,49 MPa pada waktu 70,7 µs dan arah-Y sekitar +2,52 MPa pada waktu 70,7 µs. 0. -0.79 -1.58 2.369 3.159 3.949 4.739 5.528 6.318 7.108 7.898 8.687 9.477 10.27 11.06 11.85 12.64

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



4.96 4.624 4.289 3.954 3.618 3.283 2.948 2.612 2.277 1.941 1.606 1.271 0.935 0.6 0.265 0.0708 -0.406

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



4.2.2.4. Impak depan Pengimpakan dilakukan pada arah depan helm dengan beban yang masukkan pada Load – Elemental – Pressure = 10.19 MPa arah face = 3, di elemen 4839 maka distribusi tegangan normal arah-Y dapat dilihat pada Gambar 4.52 dan tegangan normal arah-Z dapat Gambar 4.53. V1 L1

5.077 4.187 3.298 2.409 1.52 0.631 -0.259 -1.148 -2.037 -2.926 -3.816

10.19

-4.705 -5.594 -6.483

Y

-7.372

X

-8.262


-9.151


V1 L1

5.189 4.316 3.444 2.571 1.698 0.825 -0.0483 10.19

-0.921 -1.794 -2.667 -3.54 -4.413 -5.286

Y X

Z


-6.159 -7.032 -7.905 -8.778

Gambar 4.53 Distribusi tegangan normal arah-Z impak depan Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

Dari Gambar 4.52 dan 4.53 diketahui besar tegangan normal arah-Y di lokasi a sekitar -10,98 MPa pada waktu 80,8 µs dan arah-Z sekitar -12,64 MPa pada waktu 50,5 µs, daerah penjalaran tegangan terbesar terjadi pada jarak 27 mm di elemen 6291 lokasi b (Gambar 4.55), diketahui tegangan arah-Y sekitar +0,71 MPa pada waktu 141 µs dan arah-Z sekitar +0,45 MPa pada waktu 152 µs. 0. 0.582 1.164 1.746 2.328 -2.91 3.492 4.074 4.656 5.238 -5.82 6.402 6.984 7.566 8.148 -8.73 9.312

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



0.888 0.796 0.705 0.613 0.521 0.429 0.337 0.245 0.153 0.0616 0.0302 -0.122 -0.214 -0.306 -0.398 -0.489 -0.581

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



Tabel 4.2 Hasil tegangan pada helm separuh kepala ditambah busa (tipe a2)

Arah Impak

Pada lokasi a

Pada lokasi b

Arah Frontal

Arah Lateral

Arah Frontal

Arah Lateral

Impak Atas (Y)

X = - 6,14

Z = - 6,32

X = + 0,19

Z = + 0,04

Impak Belakang (X)

Y = - 10,51

Z = - 11,96

Y = + 3,24

Z = + 0,35

Impak Samping (Z)

X = - 10,98

Y = - 12,64

X = + 3,49

Y = + 2,52

Impak Depan (X)

Y = - 8,67

Z = - 9,31

Y = + 0,71

Z = + 0,45

Dari data Tabel 4.2 diketahui tegangan terbesar dari arah pengimpakan untuk helm separuh kepala ditambah busa adalah impak samping yaitu pada arah-X di lokasi a sekitar -10,98 MPa pada waktu 70,7 µs dan arah-Y sekitar -12,64 MPa pada waktu 20,2 µs, daerah penjalaran tegangan terbesar terjadi pada jarak 21 mm di elemen 1721 (lokasi b), diketahui tegangan arah-X sekitar +3,49 MPa pada waktu 70,7 µs dan arah-Y sekitar +2,52 MPa pada waktu 70,7 µs.

4.2.3. Helm penuh tanpa busa (tipe b1) 4.2.3.1. Impak atas Pengimpakan dilakukan pada arah atas helm dengan beban yang masukkan pada Load – Elemental – Pressure = 10.19 MPa arah face = 1, di elemen 10233 maka distribusi tegangan normal arah-X dapat dilihat pada Gambar gambar 4.56 dan Tegangan normal arah-Z pada Gambar 4.57, diketahui helm separuh kepala jumlah elemen 36275 dan jumlah node 17682.


V1 L1 C1


10.19

3.798 2.965 2.132 1.298 0.465 -0.369 -1.202 -2.035 -2.869 -3.702 -4.535 -5.369 -6.202 -7.035

Y

-7.869

X

-8.702


-9.536

Gambar 4.56 Distribusi tegangan normal arah-X impak atas V1 L1 C1

10.19


5.537 4.655 3.772 2.89 2.007 1.125 0.243 -0.64 -1.522 -2.405 -3.287 -4.17 -5.052 -5.935

Y

-6.817

X

-7.7

Z Output Set: Case 31 Time 0.0001617 Contour: Solid Z Normal Stress

-8.582

Gambar 4.57 Distribusi tegangan normal arah-Z impak atas

Dari Gambar 4.56 dan 4.57 diketahui besar tegangan normal arah-X di lokasi a sekitar -7,55 MPa pada waktu 70,7 µs dan arah-Y sekitar -7,95 MPa pada waktu 70,2 µs, daerah penjalaran tegangan terbesar terjadi pada jarak 70 mm di elemen 8868 lokasi b (Gambar 4.59), diketahui tegangan arah-X sekitar +0,37 MPa pada waktu 108 µs dan arah-Y sekitar +0,13 MPa pada waktu 113 µs. Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

0. 0.497 0.994 1.491 1.988 2.485 2.982 3.479 3.976 4.473 -4.97 5.467 5.964 6.461 6.959 7.456 7.953

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value


Gambar 4.58 Tegangan vs waktu (tegangan normal lokasi a dititik impak) 1.529 1.409 1.289 1.168 1.048 0.928 0.807 0.687 0.567 0.447 0.326 0.206 0.0858 0.0344 -0.155 -0.275 -0.395

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value


Gambar 4.59 Tegangan vs waktu (tegangan normal di lokasi b)

4.2.3.2. Impak belakang Pengimpakan dilakukan pada arah belakang helm dengan beban yang masukkan pada Load – Elemental – Pressure = 10.19 MPa arah face = 3, di elemen 12671 maka distribusi tegangan normal arah-Y dapat dilihat pada Gambar 4.60 dan tegangan normal arah-Z pada Gambar 4.61. Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

V1 L1

8.065 7.001 5.938 4.874 3.81 2.746 1.682 0.618 -0.446 -1.51 -2.574 -3.638 -4.702 10.19

Y

-5.766 -6.83

Z

-7.894

X


-8.958


V1 L1

14.68 13. 11.33 9.654 7.98 6.306 4.632 2.958 1.284 -0.39 -2.064 -3.738 -5.412 10.19

Y Z

-7.086 -8.76

X


-10.43 -12.11


Dari Gambar 4.60 dan 4.61 diketahui besar tegangan normal arah-Y di lokasi a sekitar -9,01 MPa pada waktu 80,8 µs dan arah-Z sekitar -9,82 MPa pada waktu 50,5 µs, daerah penjalaran tegangan terbesar terjadi pada jarak 42 mm di elemen 7527 lokasi b (Gambar 4.63), diketahui tegangan arah-Y sekitar +0,83 MPa pada waktu 108 µs dan arah-Z sekitar +0,12 MPa pada waktu 113 µs. Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

0. 0.614 1.228 1.841 2.455 3.069 3.683 4.297 4.911 5.524 6.138 6.752 7.366 -7.98 8.593 9.207 9.821

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value


Gambar 4.62 Tegangan vs waktu (tegangan normal lokasi a dititik impak) 1.226 1.121 1.016 0.91 0.805 0.699 0.594 0.489 0.383 0.278 0.172 0.0671 0.0383 -0.144 -0.249 -0.354

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



4.2.3.3. Impak samping Pengimpakan dilakukan pada arah samping helm dengan beban yang masukkan pada Load – Elemental – Pressure = 10.19 MPa arah face = 1, di elemen 24158 maka distribusi tegangan normal arah-X dapat dilihat pada Gambar 4.64 dan tegangan normal arah-Y pada Gambar 4.65. Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

V1 L1

10.88 9.294 7.705 6.115 4.525 2.935 1.346 -0.244 -1.834 -3.424 -5.014 -6.603 -8.193 -9.783

Y X

10.19

-11.37 -12.96

Z

-14.55



V1 L1

11.74 9.968 8.198 6.428 4.659 2.889 1.119 -0.65 -2.42 -4.19 -5.96 -7.729 -9.499 -11.27

Y X

10.19


-13.04 -14.81 -16.58



0. 0.725 1.449 2.174 2.899 3.624 4.348 5.073 5.798 6.523 7.247 7.972 8.697 9.422 10.15 10.87 -11.6

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value


Gambar 4.66 Tegangan vs waktu (tegangan normal lokasi a dititik impak) 0.918 0.812 0.706 0.601 0.495 0.389 0.284 0.178 0.0722 0.0335 -0.139 -0.245 -0.351 -0.456 -0.562 -0.668 -0.773

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



4.2.3.4. Impak depan Pengimpakan dilakukan pada arah depan helm dengan beban yang masukkan pada Load – Elemental – Pressure = 10.19 MPa arah face = 1, di elemen 7917 maka distribusi tegangan normal arah-Y dapat dilihat pada Gambar 4.68 dan tegangan normal arah-Z dapat dilihat pada Gambar 4.69. Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

V1 L1 C1

4.82 4.153 10.19

3.486 2.819 2.152 1.485 0.818 0.151 -0.516 -1.183 -1.85 -2.517 -3.184 -3.851

Y

-4.518

X

-5.185


-5.852

Gambar 4.68 Distribusi tegangan normal arah-Y impak depan V1 L1 C1

9.11 7.834 10.19

6.557 5.281 4.005 2.728 1.452 0.176 -1.101 -2.377 -3.654 -4.93 -6.206 -7.483

Y X

-8.759 -10.04

Z Output Set: Case 31 Time 0.0001617 Contour: Solid Z Normal Stress

-11.31


Dari Gambar 4.68 dan 4.69 diketahui besar tegangan normal arah-Y di lokasi a sekitar -5,68 MPa pada waktu 80,8 µs dan arah-Z sekitar -7,67 MPa pada waktu 50,5 µs, daerah penjalaran tegangan terbesar terjadi pada jarak 70 mm di elemen 7917 lokasi b (Gambar 4.71), diketahui tegangan arah-Y sekitar +0,27 MPa pada waktu 141 µs dan arah-Z sekitar +0,11 MPa pada waktu 152 µs. Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

0. 0.479 0.959 1.438 1.918 2.397 2.877 3.356 3.836 4.315 4.795 5.274 5.753 6.233 6.712 7.192 7.671

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value

0.


Gambar 4.70 Tegangan vs waktu (tegangan normal lokasi a dititik impak) 0.27 0.244 0.217 0.191 0.164 0.138 0.111 0.0844 0.0579 0.0313 0.0048 0.0217 0.0483 0.0748 -0.101 -0.128 -0.154

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



Tabel 4.3 Hasil tegangan pada helm penuh tanpa busa (tipe b1)

Arah Impak

Pada lokasi a

Pada lokasi b

Arah Frontal

Arah Lateral

Arah Frontal

Arah Lateral

Impak Atas (Y)

X = - 7,55

Z = - 7,95

X = + 0,37

Z = + 0,13

Impak Belakang (X)

Y = - 9,01

Z = - 9,82

Y = + 0,83

Z = + 0,12

Impak Samping (Z)

X = - 11,37

Y = - 11,6

X = + 0,92

Y = + 0,19

Impak Depan (X)

Y = - 5,68

Z = - 7,67

Y = + 0,27

Z = + 0,11


Dari data Tabel 4.3 diketahui tegangan terbesar dari arah pengimpakan untuk helm penuh tanpa busa adalah impak samping yaitu pada arah-X di lokasi a sekitar 11,37 MPa pada waktu 80,8 µs dan arah-Y sekitar -11,6 MPa pada waktu 50,5 µs, daerah penjalaran tegangan terbesar terjadi pada jarak 70 mm di elemen 27475 (lokasi b), diketahui tegangan arah-X sekitar +0,92 MPa pada waktu 141 µs dan arahY sekitar +0,19 MPa pada waktu 152 µs.

4.2.4. Helm penuh ditambah busa (tipe b2) 4.2.4.1. Impak atas Material busa adalah Polyethylene Foam LD18 (Lampiran 3). Helm yang ditambah busa dapat dilihat pada Gambar 4.72. Pengimpakan dilakukan pada arah atas helm dengan beban yang masukkan pada Load – Elemental – Pressure = 10.19 MPa arah face = 1, di elemen 10233 maka distribusi tegangan normal arah-X dapat dilihat pada Gambar 4.73 dan tegangan normal arah-Z pada Gambar 4.74.

Gambar 4.72 Helm penuh ditambah busa


V1 L1

10.19


3.678 2.961 2.244 1.526 0.809 0.0919 -0.625 -1.342 -2.06 -2.777 -3.494 -4.211 -4.928 -5.646

Y

-6.363 Z

X

-7.08


-7.797

Gambar 4.73 Distribusi tegangan normal arah-X impak atas V1 L1

10.19


3.256 2.625 1.995 1.364 0.733 0.102 -0.529 -1.159 -1.79 -2.421 -3.052 -3.683 -4.313

Y X

Z


-4.944 -5.575 -6.206 -6.837

Gambar 4.74 Distribusi tegangan normal arah-Z impak atas


0. 0.318 0.636 0.954 1.271 1.589 1.907 2.225 2.543 2.861 3.178 3.496 3.814 4.132 -4.45 4.768 5.085

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value


Gambar 4.75 Tegangan vs waktu (tegangan normal lokasi a dititik impak) 1.027 0.938 0.848 0.758 0.668 0.578 0.489 0.399 0.309 0.219 0.129 0.0396 0.0502 -0.14 -0.23 -0.32 -0.409

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



4.2.4.2. Impak belakang Pengimpakan dilakukan pada arah belakang helm dengan beban yang masukkan pada Load – Elemental – Pressure = 10.19 MPa arah face = 3, di elemen 11832 maka distribusi tegangan normal arah-Y dapat dilihat pada Gambar 4.77 dan tegangan normal arah-Z pada Gambar 4.78. Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

V1 L1

7.985 6.949 5.912 4.876 3.839 2.802 1.766 0.729 -0.307 -1.344 -2.381 -3.417 -4.454 10.19

Y

-5.49 -6.527

Z

-7.563

X


-8.6

Gambar 4.77 Distribusi tegangan normal arah-Y impak belakang V1 L1

14.53 12.88 11.23 9.577 7.926 6.276 4.625 2.975 1.324 -0.326 -1.977 10.19

-3.627 -5.278 -6.928

Y X

Z


-8.579 -10.23 -11.88


Dari Gambar 4.77 dan 4.78 diketahui besar tegangan normal arah-Y di lokasi a sekitar -6,95 MPa pada waktu 38 µs dan arah-Z sekitar -9,11 MPa pada waktu 123 µs, daerah penjalaran tegangan terbesar terjadi pada jarak 70 mm di elemen 8130 lokasi b (Gambar 4.80), diketahui tegangan arah-Y sekitar +0,39 MPa pada waktu 113 µs dan arah-Z sekitar +0,07 MPa pada waktu 119 µs. Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

0. 0.569 1.138 1.707 2.276 2.845 3.414 3.983 4.552 5.121 -5.69 6.259 6.829 7.398 7.967 8.536 9.105

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value


Gambar 4.79 Tegangan vs waktu (tegangan normal lokasi a dititik impak) 0.477 0.423 0.369 0.315 0.261 0.207 0.153 0.0993 0.0453 0.00862 -0.0626 -0.117 -0.17 -0.224 -0.278 -0.332

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



4.2.4.3. Impak samping Pengimpakan dilakukan pada arah samping helm dengan beban yang masukkan pada Load – Elemental – Pressure = 10.19 MPa arah face = 1, di elemen 26731 maka distribusi tegangan normal arah-X dapat dilihat pada Gambar 4.81 dan tegangan normal arah-Y pada Gambar 4.82. Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

V1 L1

5.887 4.891 3.895 2.899 1.903 0.907 -0.0896 -1.086 -2.082 -3.078 -4.074 10.19

-5.07 -6.067 -7.063

Y

-8.059

X

-9.055


-10.05

Gambar 4.81 Distribusi tegangan normal arah-X impak samping V1 L1

6.761 5.649 4.536 3.424 2.311 1.199 0.086 -1.027 -2.139 -3.252 -4.364 10.19

-5.477 -6.589 -7.702

Y X Z Output Set: Case 31 Time 0.0001617 Contour: Solid Y Normal Stress

-8.814 -9.927 -11.04


Dari Gambar 4.81 dan 4.82 diketahui besar tegangan normal arah-X di lokasi a sekitar -9,49 MPa pada waktu 80,8 µs dan arah-Y sekitar -9,39 MPa pada waktu 50,5 µs, daerah penjalaran tegangan terbesar terjadi pada jarak 70 mm di elemen 19443 lokasi b (Gambar 4.84), diketahui tegangan arah-X sekitar +0,77 MPa pada waktu 12,8 µs dan arah-Y sekitar +1,59 MPa pada waktu 10,2 µs. Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

0. 0.593 1.187 -1.78 2.374 2.967 -3.56 4.154 4.747 5.341 5.934 6.528 7.121 7.714 8.308 8.901 9.495

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



1.595 1.472 1.349 1.226 1.102 0.979 0.856 0.733 0.61 0.487 0.364 0.24 0.117 0.00585 -0.129 -0.252

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



4.2.4.4. Impak depan Pengimpakan dilakukan pada arah depan helm dengan beban yang masukkan pada Load – Elemental – Pressure = 10.19 MPa arah face = 1, di elemen 13833 maka


distribusi tegangan normal arah-Y dapat dilihat pada Gambar 4.85 dan tegangan normal arah-Z dapat dilihat pada Gambar 4.86. V1 L1 C1

10.19

1.948 1.561 1.174 0.787 0.399 0.0124 -0.375 -0.762 -1.149 -1.536 -1.923 -2.31 -2.697 -3.084

Y

-3.471 X Z

-3.859


-4.246


V1 L1 C1

10.19

3.537 3.059 2.581 2.104 1.626 1.148 0.671 0.193 -0.285 -0.762 -1.24 -1.718 -2.196 -2.673

Y X

-3.151 Z


-3.629 -4.106



Dari Gambar 4.85 dan 4.86 diketahui besar tegangan normal arah-Y di lokasi a sekitar -3,51 MPa pada waktu 80,8 µs dan arah-Z sekitar -3,61 MPa pada waktu 50,5 µs, daerah penjalaran tegangan terbesar terjadi pada jarak 70 mm di elemen 7250 lokasi b (Gambar 4.88), diketahui tegangan arah-Y sekitar +0,07 MPa pada waktu 141 µs dan arah-Z sekitar +0,043 MPa pada waktu 152 µs. 0. 0.226 0.451 0.677 0.902 1.128 1.353 1.579 1.804 -2.03 2.256 2.481 2.707 2.932 3.158 3.383 3.609

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



0.118 0.106 0.0929 0.0802 0.0674 0.0547 0.042 0.0293 0.0166 0.00387 0.00885 -0.0216 -0.0343 -0.047 -0.0597 -0.0724 -0.0851

0.

0.00001010.00002020.00003030.00004040.00005050.00006060.00007070.00008080.000091 0.000101 0.000111 0.000121 0.000131 0.000141 0.000152 0.000162 Set Value



Tabel 4.4 Hasil tegangan pada helm penuh ditambah busa (tipe b2)

Arah Impak

Pada lokasi a

Pada lokasi b

Arah Frontal

Arah Lateral

Arah Frontal

Arah Lateral

Impak Atas (Y)

X = - 4,23

Z = - 5,09

X = + 0,22

Z = + 0,13

Impak Belakang (X)

Y = - 6,95

Z = - 9,11

Y = + 0,39

Z = + 0,07

Impak Samping (Z)

X = - 9,39

Y = - 9,49

X = + 0,54

Y = + 0,48

Impak Depan (X)

Y = - 3,51

Z = - 3,61

Y = + 0,07

Z = + 0,04

Dari data Tabel 4.4 diketahui tegangan terbesar dari arah pengimpakan untuk helm penuh ditambah busa adalah impak samping yaitu arah-X di lokasi a sekitar 9,39 MPa pada waktu 80,8 µs dan arah-Y sekitar -9,49 MPa pada waktu 50,5 µs, daerah penjalaran tegangan terbesar terjadi pada jarak 70 mm di elemen 19443 (lokasi b), diketahui tegangan arah-X sekitar +0,54 MPa pada waktu 12,8 µs dan arah-Y sekitar +0,48 MPa pada waktu 10,2 µs. Diketahui dengan menambah busa pada helm besar tegangan dapat diperkecil pada helm separuh kepala dan helm penuh, dari hasil simulasi kedua helm sepeda motor non-standard diketahui helm penuh dapat memperkecil tegangan dan dari bentuk helm penuh lebih aman karena menutupi seluruh kepala sehingga kepala aman terhadap benturan dari berbagai arah akibat dari kecelakaan. Tegangan terkecil terjadi pada arah impak depan yaitu arah-Y di lokasi a sekitar -3,51 MPa pada waktu 80,8 µs dan arah-Z sekitar -3,61 MPa pada waktu 50,5 µs, daerah penjalaran tegangan terbesar terjadi pada jarak 70 mm di elemen 19443 (lokasi b), diketahui tegangan arah-Y sekitar +0,77 MPa pada waktu 12,8 µs dan arah-Z sekitar +0,04 MPa pada waktu 10,2 µs. Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1.

Kesimpulan Dari hasil simulasi yang telah dilakukan, dapat diperoleh beberapa hasil yang

merupakan jawaban dari tujuan penelitian ini. Hasil-hasil penelitian tersebut dapat disimpulkan antara lain: 1. Hasil simulasi juga memungkinkan dilakukan pengamatan di beberapa lokasi yang diinginkan, antara lain: tegangan yang terbesar terjadi pada lokasi impak (lokasi a) dan pada lokasi b tegangan yang terjadi semakin kecil karena semakin jauh dari lokasi a tegangan yang terjadi pada helm semakin kecil. 2. Dari hasil simulasi dapat kita simpulkan bahwa tegangan yang terjadi pada permukaan helm khususnya pada lokasi impak (lokasi a) dan lokasi b diketahui bahwa pada lokasi tersebut terjadi kegagalan dan yang potensial terjadinya inisiasi retakan. 3. Dari hasil simulasi diperoleh bahwa untuk helm tipe b2 jika arah impak diberikan pada arah depan helm (arah-X) maka dapat diamati bahwa tegangan yang timbul pada lokasi b sebesar +0,07 MPa arah-Y dan +0,04 MPa arah-Z. Sedangkan pada helm tipe b1 dengan arah impak yang sama diperoleh tegangan yang timbul sebesar +0,27 MPa arah-Y dan +0,11 MPa arah-Z. Pada helm tipe a1 dengan arah impak yang sama diperoleh tegangan yang timbul sebesar +2,45 MPa arah-Y dan Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

+2,03 MPa arah-Z. Pada helm tipe a2 dengan arah impak yang sama diperoleh tegangan yang timbul sebesar +0,71 MPa arah-Y dan +0,45 MPa arah-Z. Dari ke empat tipe helm dapat disimpulkan bahwa helm tipe b2 dapat memperkecil tegangan sehingga dengan menambah busa pada helm benturan yang diterima helm dapat memperkecil tegangan yang masuk ke helm dan kepala aman terhadap benturan dari berbagai arah akibat dari kecelakaan.

5.2. Saran 1. Untuk memudahkan simulasi dengan menggunakan Software MSC/NASTRAN 4.5 helm dapat dianalisa dengan mengambil setengah dari model yang sebenarnya dengan syarat bentuk geometri helm harus simetris terhadap salah satu sumbunya, agar helm sesuai dengan bentuk sebenarnya maka perbandingan selaka helm harus disesuaikan dengan perbandingan 1:1. 2. Dengan menambahkan busa pada helm separuh kepala dan helm penuh, tegangan yang terjadi pada helm dapat diperkecil dan helm penuh lebih baik digunakan karena helm penuh dapat melindungi seluruh bagian kepala apabila terjadi kecelakaan.


DAFTAR PUSTAKA [1].

Standar Nasional Indonesia., Helm Pengendara Kendaraan Bermotor Roda Dua, SNI 1811-2007.

[2].

V. Kostopoulos, Finite Element Analysis of Impact Damage Response of Composite Motorcycle Safety Helmets, Patras University Campus, GR 26500 Patras, Greece, 2001.

[3].

F.M. Shuaeib, A.M.S. Hamouda., A New Motorcycle Helmet Liner Material: The Finite Element Simulasi and Design of Experiment Optimization, University Putra Malaysia, Malaysia, 2005.

[4].

Mahadi B, Modifikasi Metode Pengujian Kekuatan Helmet Industri Akibat Beban Impak Kecepatan Tinggi, Jurnal Ilmiah Teknik Mesin, Jurusan Teknik Mesin, FT. USU, Medan, 2007.

[5].

Nelly Emalia H., at al, Desain Konseptual Helm Sepeda Motor Non-Standard yang Ergonomis Berdasarkan Pengujian Kekuatan Akibat Beban Impak dan Pengukuran Temperatur Udara, Jurusan Teknik Industri, USU, Medan, 2006.

[6].

William C. Whiting, Ronald F. Zemicke., Biomechanics of Muskoloskeletal Injury, Human Kinetics, USA, 1998.

[7].

Kolsky, H., An Investigation of The Mechanical Properties of Materials at Very High Rate of Loading, Proc. Phys. Soc. (London), B62, 676-700 (1949).

[8].

Syam B, etal, Pembuatan Alat Uji Air Gun Compressor dan penyelidikan Perilaku Mekanik Berbagai Material Keramik Akibat Beban Impak, Laporan Komprehensif Penelitian Hibah Bersain VI/1 dan VI/2, Medan, 1999.

[9].

Syam B, Aplikasi Teknik Dua Gage Dalam Pengukuran Tegangan Insiden pada Helmet Industri yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, Jurnal Ilmiah SINTEK, Vol.19, no.2, 2003.

[10]. Kep. Mentri Perhubungan, Persyaratan Teknis Helmet Sepeda motor Standar, No. KM 72/1993. Izwar Lubis : Simulasi Distribusi Tegangan Pada Helm Sepeda Motor Non-Standard Yang Dikenai Beban Impak Kecepatan Tinggi, 2009.

[11]. Syam, B., A Measuring Method for Impact Tensile Strength and Impact Fracture Behaviors of Brittle Materials, A Doctoral Dissertation, Muroran Institute of Technology, Muroran, Japan, March 1996, pp. 29-98. [12]. Syam B, Laporan Hibah Pasca Ke DP3M DIKTI, Jakarta, Nopember, 2004. [13]. Daimaruya M, Kobayashi H, Nomaka, Impact Tensile Strength and Fracture of Concrete, Expo DYMAT’97, Toledo, Spain, 1997. [14]. Syam B, Tugiman, Thayab Awaluddin, Metode Baru Pengujian Helmet Sepede Motor Menggunakan Alat Uji Impak Kecepatan Tinggi, Laporan Akhir Research Grant TPSDP Batch III/2005, 2006. [15]. Johnson, W., Impact Strength of Materials, Edward Arnold, London, 1972. [16]. Yanagihara, N., Theory of One-Dimensional Elastic Wave for the Measurement of the Impact Force, Bulletin of JSME, vol. 43, 1977, pp. 40-48. [17]. Weibul, W., A Statistical Distribution Function of Wide Aplicability, J. Appl. Mech., 18[3], 293-297, September 1951. [18]. www.pikiran rakyat.com/cetak/0803/05/otokir/utama2.htm. [19]. Nurmianto, Eko., Ergonomi Konsep Dasar & Aplikasinya, Edisi Pertama, Penerbit Guna Widya, Surabaya, 1998. [20]. Pugh, Stuat., Creating Innovative Product Using Total Design, AddisonWesley Publishing Company, Inc., 1996. [21]. Kaban, I, Bustami Syam, Metode Pengukuran Kekuatan Tarik Impak dan Mekanisme Retak dari Pelat GFRP, Tesis Magister. Jurusan Teknik Mesin, Sps-USU, Medan, 2004. [22]. Standar Nasional Indonesia., Helm Pengendara Kendaraan Bermotor Roda Dua untuk Umum, SNI 19-1811-1990. [23]. Jones N, Structural Impact, Combridge University Press, New York,1989.


Lampiran 1. Analisa Menggunakan MSC/NASTRAN 4.5:


Lampiran 2. Pemodelan menggunakan software AutoCAD:


Lampiran 3. Material Foam Table 13.2 Part of a datafile for a low-density polyethylene foam ================================================================================= ====== Name

Short name Composition

:

Polyethylene Foam LD 18

: :

LDPE(0.018) (CH2)n

General properties

Cells count Density

0.1 0.016

-

I 0.02

/mm; Mg/m3

Relative density Energy content

0.017 120

-

MJ / kg

Oxygen index

16

-

0.022 160 17

Price Water absorption

1.4 0.4

-

1.5 0.5

0ly £/kg %

Bulk modulus Compressive strength

2.50E-4 0.01

-

3.00E-4 0.015

GPa MPa

Compr. stress (ay 250X, strain Compr. stress 50'/ strain Densification strain Ductility Elastic limit Endurance limit Flexural modulus Fracture toughness

0.031 0.09 0.94

-

0.035 0.1 0.96

MPa MPa

0.9 0.0.1 0.15 2.50E-4 0.005

-

I 0.015 0.2. 3.00E-4 0.01

Hardness Loss coefficient Modulus of rupture Poisson's ratio

0.01 0.1 0.01 0.07

Shear modulus Tensile strength Young's modulus

1.00E-4 0.26 2.50E-4 160 360 385 200 1.95E+3

Mechanicalproperties

MPa MPa GPa Mpa.rn 1/2

0.015 0.2 0.015 0.1

MPa

-

2.00E-4 0.3 3.00E-4

GPa. MPa GPa

-

200 370 390 210 2.10E+3

K K K K J/kg.K

-

MPa

Theronalproperlies

Glass temperature Maximum service temperature Melting point Minimum service temperature Specific heat

-


SIMULASI DISTRIBUSI TEGANGAN PADA HELM SEPEDA MOTOR NON-STANDARD YANG DIKENAI BEBAN IMPAK KECEPATAN TINGGI TESIS

Recommend Documents