TM

DESAIN DAN PABRIKASI HELMET INDUSTRI YANG ERGONOMIK

TESIS

Oleh

HASRIN 037015004/TM

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008 Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

DESAIN DAN PABRIKASI HELMET INDUSTRI YANG ERGONOMIK

TESIS

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik dalam Program Studi Teknik Mesin pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh

HASRIN 037015004/TM

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008 Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Judul Tesis

: DESAIN DAN PABRIKASI HELMET INDUSTRI YANG ERGONOMIK : Hasrin : 037015004 : Teknik Mesin

Nama Mahasiswa Nomor Pokok Program Studi

Menyetujui Komisi Pembimbing

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

(Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D Anggota

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

Ketua Program Studi

Direktur SPs-USU

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

(Prof. Dr. Ir. T.Chairun Nisa B.,MSc)

Tanggal lulus: 26 Januari 2008 Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Telah Diuji pada Tanggal: 26 Januari 2008

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua

: Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME

Anggota

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

Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

ABSTRAK

Tesis ini melaporkan hasil desain dan pabrikasi model helm industri dari bahan komposit polimer GFRP tipe polyester (resin unsaturated), dengan serat E-Glass jenis Choped Strand Mat. Pada proses pabrikasi helm komposit ini, dengan susunan dua lapisan serat E-Glass jenis CSM, yang dibentuk mengikuti bentuk cetakan helm standard AS/NZS 1801 EN 397 SS 98 dengan metode hand lay up. Sistem pencetakan helmet dilakukan secara terpisah, dan empat sisi dinding helmet dibuat saluran angin. Hasil pengujian statik diperoleh tegangan maksimum ( σ max ) = 277 MPa, dan harga modulus elastisitasnya (E) = 782 MPa, menggunakan alat uji Ht-9502 Computer Hidrolic Universal Testing Machine. Pengujian ergonomik dilakukan dengan alat termokopel, hasil pengukuran temperatur udara di dalam dinding helm menunjukkan sebesar 33,160C, dan berat helm komposit setelah di produksi adalah 365 gram, menggunakan digital SAUTER D-7470. Untuk pengujian kekuatan helm dengan beban impak kecepatan tinggi menggunakan alat uji KOMPAK. Pengujian batang input dilakukan dengan teknik pengukuran dua gage, untuk mengetahui besar respon tegangan impak pada batang input dengan tekanan 0,4 MPa, pada jarak impak (ID): 60 mm: maka diperoleh respon tegangan ( σ imp. ) = 362 MPa. Pengujian impak atas model helm TSA, pada (ID): 60 mm, dan SG.arah: X, diperoleh tegangan impak ( σ imp. ) = 64,43 MPa, dan tegangan insiden ( σ c ) = 24,50 MPa. Untuk pengujian kekuatan model helm [TSA], dengan impak atas, dan variasi jarak impak 40 mm s.d 120 mm, posisi SG. arah: X, diperoleh respon tegangan impak ( σ imp ) = -10,96 MPa, dan untuk model helm DSA ( σ imp ) = -21,61 MPa. Sedangkan untuk model helm TSA, dengan jarak impak 60 mm, posisi SG. arah: Y, diperoleh respon tegangan impak ( σ imp ) = 67,77 MPa, dan tegangan insiden ( σ c ) = 26,28 MPa. Begitu juga pada jarak impak 140 mm, diperoleh besar respon tegangan impak ( σ imp ) = 91,89 MPa, dan tegangan insiden ( σ c ) = 36,80 MPa. Untuk pengimpakan samping model helm [TSA] ( σ imp ) = - 6,61 MPa, dan model helm [DSA] ( σ imp ) = - 4,24 MPa. Selanjutnya meredesain model konstruksi helm komposit, untuk mengklarifikasi kontur, dan ukuran helm dengan menggunakan software solidwork 2005. Desain dan pabrikasi ini dilakukan di Pusat Riset Impak dan Keretakan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik USU, Pusat Riset Uji Material Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik UNIMAL Lhokseumawe, dan Politeknik Negeri Lhokseumawe.

Kata kunci : Helm Komposit GFRP, Desain dan Pabrikasi, Ergonomik, Beban


Impak.

ABSTRACT

This thesis reports the result of design and fabrication of industrial helmet model of composite materials polymer of GFRP type of polyester (unsaturated resin) BTQN 157 EX with fibre of E-Glass ( Chop Strand Mat). At fabrication process of helmet, this composite was made with formation two fibre coat of CSM and was formed to follow the contour of anthropometry for human head with helmet moulding standard AS / NZS 1801 EN 397 SS 98 by using method of hand lay up. Moulding system of helmet was done separately, and four helmet wall side as wind channels were made. The result of static test has known the mechanical properties of base material of helmet, and to know the maximum stress of 277 MP and elasticity modulus price ( E) of 782 MPa were obtained by using apparatuses test Universal Ht-9502 Computer Hidrolic Testing Machine. The ergonomic testing of helmet by using apparatuses test of thermocouple, the result showed that the measurement of mean air temperature in helmet wall was 33.160C, and the weight of composite helmet after being produced was 365 grams by using digital SAUTER D-7470. For the test of strength of helmet with load of impact high-speed by using KOMPAK test apparatuses. Before test of helmet was done, the input bar was measured by using two gage technique to know the bigness of stress response of impact at input bar with pressure of 0.4 Mpa, and in distance of impact 60 mm, stress response at input bar is 362 MPa was obtained. The testing of helmet model [TSA] with upper impact, in distance of impact 60 mm, and strain gage at X direction, stress of impact of 64.43 MPa, and incident stress of 24.50 MPa were obtained. For the test of strength of helmet model [TSA] with upper impact, and variation of impact distance from 40 mm to 120 mm, position of strain gage at X direction, in distance of 15 mm from impact point, the stress response of impact produced was - 10.96 MPa, and for [DSA] helmet was - 21.61 MPa. While for the model of helmet [ TSA] with distance of impact 60 mm, and position of strain gage at Y direction, the stress respon of impact obtained was 67.77 MPa, and incident stress was 26.28 MPa. However, at distance of impact 140 mm, the stress response of impact was 91.89 MPa, and incident stress was 36.80 MPa. For the beside impact of helmet model [TSA] was – 6.61 MPa, and helmet model [DSA] was – 4.24 MPa. Then, re-designing for the construction of composite helmet model for clarifying joint contour, and helmet dimension by using solidwork 2005. This design and fabrication were done at Center Research of Impact and Fracture of Technical Engineering Faculty of USU, Center Research Test of Material Department, Technical Engineering Faculty of UNIMAL Lhokseumawe, and Politeknik Negeri Lhokseumawe.

Keyword : Composite Helmet of GFRP, Design and Fabrication, Ergonomics, Load of Impact. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

KATA PENGANTAR

Puji syukur kekhadirat Allah SWT, dengan berkat limpahan rahmat dan karunianya, penulis dapat menyelesaikan tesis ini dengan judul: Desain dan Pabrikasi Helmet Industri yang Ergonomik. Penulisan tesis ini terlaksana berkat dorongan dan arahan dari berbagai pihak, terutama para komisi pembimbing, para pembanding, dan rekan-rekan mahasiswa yang telah memberikan saran dan masukan demi kesempurnaan penulisan laporan tesis ini. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sebesarbesarnya kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu penulis baik secara moril maupun materil, hingga selesainya tesis ini, yaitu kepada: Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME., selaku ketua komisi pembimbing dan ketua Program Studi Teknik Mesin SPs-USU, Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, dan Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M.Eng. selaku anggota komisi pembimbing, Dr.Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku sekretaris Program Studi Teknik Mesin SPs-USU, seluruh Dosen dan Staf Administrasi Program Studi Teknik Mesin SPs-USU, yang telah banyak memberikan ilmu pengetahuan dan bantuan administratif selama penulis dalam pendidikan di Program Studi Teknik Mesin SPs-USU. Kemudian ucapan terima kasih kepada saudara Hendri Nurdin, ST, MT dan Ir. Zuhaimi, MT dari Politeknik Negeri Lhokseumawe yang telah membantu masalah pengukuran di laboratorium. Tak lupa juga kepada kedua orang tua, yang telah memberikan inspirasi dan semangat kepada penulis, serta keluarga, isteri dan keenam anak tercinta, yang telah banyak Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

mengorbankan waktu selama pendidikan dan penyelesaian tesis ini dan semua pihak yang telah mendukung di dalam penyelesaian tesis ini. Demikianlah penulis mengharapkan kritik dan saran yang dapat membantu dalam rangka memperbaiki dan melengkapi demi kesempurnaan penulisan tesis ini agar memperoleh hasil yang lebih baik dan akhirnya penulis kembali mengucapkan terima kasih kepada semua pihak atas bantuan dan perhatiannya.

Medan, 19 Januari 2008 Penulis,

(Hasrin)


RIWAYAT HIDUP

Nama

: Hasrin

Tempat/Tgl. Lahir

: Belawan, 26 Pebruari 1958

Pekerjaan

: Staf Pengajar di Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe

Alamat Kantor

: Kampus Politeknik Negeri Lhokseumawe, Jl. Banda Aceh - Medan Km. 280 Buketrata – Lhokseumawe

Pendidikan Sekolah dasar (SD) Taman siswa Belawan

Tahun 1965 s/d 1970

Sekolah Teknik (ST) Yaspemda Belawan

Tahun 1971 s/d 1973

Sekolah Teknik Menengah (STM) Yaspemda Belawan

Tahun 1974 s/d 1977

Fakultas Teknik Unsyiah di Darussalam – Banda Aceh

Tahun 1978 s/d 1984

Riwayat Pekerjaan Kepala Laboratorium Mesin Politeknik Negeri Lhokseumawe

Tahun 1989 s/d 1991

Kepala Lab. Teknologi Mekanik PNL

Tahun 1995 s/d 1998

Kepala Laboratorim Mesin PNL

Tahun 1999 s/d 2002

Revieuwer Bidang Penelitian Politeknik Negeri Lhokseumawe Tahun 1999 s/d 2001 Pengalaman Penelitian 1 Pengaruh Ketebalan Pemakanan pahat Bubut Terhadap Kekasaran Permukaan. 2. Perancangan Tool Post untuk membubut Shaft DC. Motor pada PT. KKA. 3. Alat Pengering Ikan Teri dengan Intensitas Tenaga Matahari (Solar Energy). Pelatihan-Pelatihan 1. Keguruan Jurusan 3 Nopember 1986 s/d 31 juli 1987 di PEDC Bandung. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

2. Rancang Bangun Konstruksi Mesin 29 Agustus s/d 30 September 1992 di PEDC Bandung. 3. Penulisan Buku Ajar 5 juli s/d 31 juli 1993 di PEDC Bandung. 4. EMCO TRAINING CNC- Turning “ Advanced “ ET 120 and ET 242 for the duration of 50 hours 6 JUNE 1994 di Bandung. 5. Program S1 + di Politeknik Negeri Semarang Tahun 1996. 6. Learning Improvement Workshop (LIW) BAT VI, Tahun 1998. di Malang. .


DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK ………………………………………………………………………. ABSTRACT……………………………………………………………………… KATA PENGANTAR ………………………………………………………...... RIWAYAT HIDUP ……………………………………………………………… DAFTAR ISI …………………………………………………………………...... DAFTAR TABEL ……………………………………………………………...... DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………………. DAFTAR LAMPIRAN ………………………………………………………...... DAFTAR ISTILAH ……………………………………………………………...

i ii iii v vii x xi xiv xv

BAB 1.

PENDAHULUAN …………………………………………………... 1.1. Latar belakang ………………………………………………...... 1.2. Perumusan Masalah …………………………………………...... 1.3. Tujuan Penelitian ……………………………………………...... 1.3.1. Tujuan Umum ……………………………………………. 1.3.2. Tujuan Khusus …………………………………………… 1.4. Manfaat Penelitian ………………………………………………

1 1 3 4 4 5 5

BAB 2.

TINJAUAN PUSTAKA ……………………………………………... 2.1. Helm Industri Standard ………………………………………...... 2.2. Standarisasi dan Klasifikasi Helm Industri ……………………… 2.3. Konstruksi Helm Komposit …………………………………....... 2.4. Klasifikasi Proses dan Material Komposit Polimer ……………... 2.4.1. Termoplastik Polimer ..……………………………............. 2.4.2. Termoset Polimer ………………………………………… 2.4.3. Material Komposit Polimer GFRP dan Sifat-Sifat Meka nik ……………………………………………………........ 2.5. Fungsi dan Kenyamanan Helmet Industri ……………………… 2.6. Pengukuran Temperatur Udara pada Helm …………………....... 2.7. Pengujian Statik dan Dinamik ………………………………….

7 7 8 9 12 12 13

2.8. Teori Propagasi Tegangan ……………………………………… 2.8.1. Rambatan Gelombang Tegangan pada Batang input .......... 2.8.2. Impak pada Batang input ................................................... 2.9. Pengukuran Kekuatan Helm Komposit ........................................

25 25 29 33

BAB. 3.

14 16 21 23

METODE PENELITIAN ………………………………………….. ... 36 3.1. Tempat dan Waktu ……………………………………………... 36 3.1.1. Tempat ……………………………………………………. 36


BAB.4.

BAB. 5.

3.1.2. Waktu ……………………………………………………. 3.2. Material, Peralatan dan Metode ………………………………... 3.2.1. Material ………………………………………………….. 3.2.2. Peralatan ……………………………………………….... 3.2.3. Desain dan Metode Pembuatan Helm Komposit ………... 3.2.4. Pembuatan Spesimen Uji Tarik ………………………….. 3.2.5. Set up Alat Uji Statik ……………………………………. 3.3. Pengujian Temperatur Udara pada Dinding bagian dalam Helm . 3.4. Pengujian Dinamik ……………………………………………… 3.4.1 Metode dan Arah Pengimpakan ………………………..... 3.4.2. Set up Alat Uji KOMPAK ……………………………..... 3.4.3. Penyelidikan Propagasi Tegangan pada Helm Komposit ... 3.5. Redesain Gambar Model Konstruksi Helm Komposit Hasil Pro duksi menggunakan Solidwork 2005 ………………………....... 3.6. Kerangka Konsep Penelitian …………………………………...

36 36 36 37 38 42 45 46 48 49 50 55

HASIL DAN PEMBAHASAN …………………………………........ 4.1. Pendahuluan …………………………………………………….. 4.2. Desain dan Metode Pembuatan Helm Komposit ……………..... 4.3. Pengujian Statik ………………………………………………... 4.4. Pengukuran Temperatur Udara pada bagian dalam dinding Helm 4.5. Pengujian Kekuatan Helm Komposit dengan Beban Impak …… 4.5.1. Pengukuran Respon Batang Penerus (batang input) …….. 4.5.2. Pengukuran Respon Helm secara Langsung …………….. 4.5.2.1. Pengimpakan Atas Helm TSA, dan SG.arah:X ... 4.5.2.2. Respon Tegangan Impak dan Tegangan insiden pada ID: 60 mm ………………………………... 4.5.2.3. Respon Tegangan Impak Atas Helm TSA pada ID: 40 s.d 120 mm ……………………………... 4.5.2.4. Respon Impak Atas Helm DSA pada ID: 40 s.d 120 mm ………………………………………… 4.5.3. Pengimpakan Samping Helm TSA dengan SG.arah:X ….. 4.5.3.1. Respon Tegangan Impak Samping Helm TSA pada ID: 40 s.d 100 mm, SG. arah:X …………... 4.5.3.2. Respon Tegangan Impak Samping Helm DSA ... pada ID: 40 s.d 100 mm, SG. arah: X ………….. 4.5.4. Pengimpakan Atas Helm TSA dengan SG. arah:Y ……… 4.5.5. Pengimpakan Samping Helm TSA dengan SG.arah:Y …... 4.6. Redesain Gambar Model Konstruksi Helm Komposit Hasil Pro duksi menggunakan Solidwork 2005 …………………………...

62 62 63 66 68 72 72 74 75

57 59

75 81 82 83 83 83 84 85 89 93

KESIMPULAN DAN SARAN ……………………………………... 95 5.1. Kesimpulan …………………………………………………….. 95


5.2. Saran ……………………………………………………………. 101 DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………... 102


DAFTAR TABEL

No.

Judul

Halaman

2.1

Klasifikasi Helm dan Simbol JIS .....................................................................

8

2.2

Actual head anthropometry Vs design target ………………………………... 11

2.3 Spesifikasi Material Komposit Polimer Dan Sifat-Sifat Mekanik .................. 14 3.1

Sifat-Sifat Mekanis Resin Termoset yang diperkuat serat .............................. 37

3.2 Peralatan Produksi ………………………………………………………….. 38 3.3

Sifat-sifat Mekanik Batang Striker dan Batang Penerus ................................ 49

3.4 Spesifikasi Strain Gage ................................................................................... 56 4.1

Hasil Uji Tarik Spesimen Komposit GFRP .................................................... 68

4.2

Hasil Pengukuran Temperatur Helm TSA ...................................................... 69

4.3 Hasil Pengukuran Temperatur Helm DSA .................................................... 69 4.4 Hasil Pengujian Helm Ergonomik .................................................................. 70 4.5

Respon Batang Penerus pada lokasi Gage a dan b ........................................ 74

4.6 Hasil Perhitungan Tegangan Impak dan Tegangan Insiden pada berbagai variasi (ID) : 60 mm s.d 140 mm .................................................................... 86 4.7 Hasil Perhitungan Tegangan Impak dan Tegangan Insiden pada berbagai variasi (ID) : 60 mm s.d 120 mm .................................................................... 90


DAFTAR GAMBAR

No.

Judul

Halaman

2.1

Helm Industri Standard .................................................................................. 7

2.2

Desain Konstruksi Helm Komposit ................................................................ 9

2.3

Standard Antropometri Kepala Manusia ........................................................ 12

2.4

Klasifikasi Proses Fiber Reinforced Plastic (FPR) dan Polymer Matrix Composite (PMCs) ......................................................................................... 15

2.5

Model Helm Industri Dengan Saluran Angin (DSA) .................................... 17

2.6

Pengujian Temperatur Udara pada dinding dalam Helm ............................... 18

2.7

Set up Alat Termokopel pada Helm ............................................................... 22

2.8

Alat Uji Statik (Ht – 9502) ............................................................................. 24

2.9

Alat Uji KOMPAK ........................................................................................ 25

2.10 Sketsa Gelombang Transversal ..................................................................... 26 2.11 Sketsa Gelombang Longitudinal ................................................................... 26 2.12 Perilaku Gelombang Longitudinal ................................................................. 27 2.13 Susunan Batang Uji ........................................................................................ 29 2.14 Perilaku Batang setelah terjadi Impak ............................................................ 30 2.15 Perilaku Tegangan pada Interface Input bar dan Spesimen ........................... 33 2.16 Teknik Dua Gage pada Set up Uji Helm ........................................................ 34 3.1

Susunan Dua Lapisan Serat Plat Komposit GFRP ........................................ 37

3.2

Flow Chart Pembuatan Helm Komposit ......................................................... 39

3.3

Desain dan Pabrikasi dengan Metode Hand lay up ........................................ 40

3.4

Flow Chart Pembuatan Spesimen Plat Komposit ........................................... 43

3.5

Skematis Proses Pencetakan Spesimen .......................................................... 44

3.6

Spesimen Uji Tarik (Standard ASTM 638-D) ................................................ 45

3.7

Set up Alat Uji Statik ...................................................................................... 45

3.8

Set up Alat Termokopel pada Helm ................................................................ 47


3.9

Pengukuran Temperatur Udara pada Helm ..................................................... 48

3.10 Pengimpakan Atas Helm dengan Saluran Angin (DSA) ................................. 49 3.11 Pengimpakan Samping Helm dengan Saluran Angin (DSA) ........................ 49 3.12 Pengimpakan Atas Helm Tanpa Saluran Angin (TSA) ................................... 50 3.13 Pengimpakan Samping Helm Tanpa Saluran Angin (TSA) ............................ 50 3.14 Teknik Dua Gage pada Set up Uji Helm ........................................................ 51 3.15 Set up Alat Uji KOMPAK .............................................................................. 53 3.16 Pengukuran Batang Penerus tanpa Spesimen ................................................. 54 3.17 Pengimpakan Atas dan Samping Helm DSA ................................................. 54 3.18 Pengimpakan Atas dan Samping Helm TSA .................................................. 55 3.19 Jarak dan posisi strain gage Arah:X pada Helm TSA .................................... 56 3.20 Jarak dan posisi strain gage Arah:Y pada Helm TSA .................................... 56 3.21 Jarak dan posisi strain gage Arah: X pada Helm DSA .................................. 57 3.22 Jarak dan posisi strain gage Arah: Y pada Helm DSA .................................. 57 3.23 Kerangka Konsep Penelitian .......................................................................... 60 3.24 Diagram Alir Penelitian ................................................................................. 61 4.1

Bentuk Konstruksi Helm setelah tersambung ................................................ 64

4.2

Helm Komposit Hasil Produksi ..................................................................... 65

4.3

Tipikal Grafik Tegangan Vs Regangan Spesimen Komposit ........................ 67

4.4

Model Helm TSA ........................................................................................... 69

4.5

Model Helm DSA ........................................................................................... 69

4.6

Respon Batang Penerus pada lokasi Strain Gage a untuk berbagai variasi jarak impak dengan tekanan udara 0,4 Mpa ....................................... 73

4.7

Respon Batang Penerus pada lokasi Strain Gage b untuk berbagai variasi jarak impak dengan tekanan udara 0,4 Mpa ...................................... 73

4.8

Pengujian Langsung pada Helm ..................................................................... 75

4.9

Tipikal Tegangan Impak dan Tegangan Insiden pada jarak Impak (ID) = 60 mm, dan (P) = 0,4 Mpa ................................................................. 76

4.10 Respon Tegangan Impak Vs Waktu (SG. = 15 mm, Arah: X) pada (ID = 40 dan 120 mm), (Impak Atas Helm TSA), P=0,4 Mpa ....................... 77


4.11 Respon Tegangan impak Vs Waktu (SG.X:15 mm), Imp.atas TSA ............... 81 4.12 Respon Tegangan impak Vs Waktu (SG.X:30 mm), Imp.atas TSA ............... 82 4.13 Respon Tegangan impak Vs Waktu (SG.X:15 mm), Imp.atas DSA ............... 82 4.14 Respon Tegangan impak Vs Waktu (SG.X:30 mm),Imp.atas DSA ............... 83 4.15 Respon Tegangan impak Vs Waktu (SG.X:15 mm),Imp.samp.TSA .............. 83 4.16 Respon Tegangan impak Vs Waktu (SG.X:30 mm),Imp.samp.TSA .............. 84 4.17 Respon Tegangan impak Vs Waktu (SG.X:15 mm),Imp.samp.DSA .............. 84 4.18 Respon Tegangan impak Vs Waktu (SG.X:30 mm),Imp.samp.DSA .............. 85 4.19 Impak Atas Helm TSA dengan Strain Gage arah:Y ........................................ 86 4.20 Respon Tegangan impak Vs Tegangan insiden (P=0,4 MPa; ID: 60mm), Strain Gage arah: Y ........................................................................................ 87 4.21 Respon Tegangan impak Vs Tegangan insiden (P=0,4 MPa; ID: 140 mm), Strain Gage arah: Y ....................................................................................... 87 4.22 Grafik Gabungan Respon Tegangan insiden ................................................. 88 4.23 Impak Samping Helm TSA dengan Strain Gage arah:Y ................................ 89 4.24 Respon Tegangan impak Vs Tegangan insiden (P=0,4 MPa; ID: 60 mm), Strain Gage arah: Y ........................................................................................ 91 4.25 Respon Tegangan impak Vs Tegangan insiden (P=0,4 MPa; ID: 120 mm), Strain Gage arah: Y ........................................................................................ 91 4.26 Grafik Gabungan Respon Tegangan insiden

92

4.27 Redesain Gambar Model Konstruksi Helm Komposit hasil produksi menggunakan Solidwork 2005 ...................................................................... 94


DAFTAR LAMPIRAN

No.

Judul

Halaman

1. Data Cuaca dari Badan Meteorologi Dan Geofisika (BMG) ............................. 105 2. Grafik Hasil Uji Tarik Spesimen (1) ................................................................. 106 3. Grafik Hasil Uji Tarik Spesimen (2) ................................................................. 107 4. Grafik Hasil Uji Tarik Spesimen (3) ................................................................. 108 5. Applikasi Pengukuran Temperatur Udara Pada Helm Ergonomik ................... 109 6. Oregon Aero Drop Tower Up & Down …………………………………….. 110 7. Spesifikasi Strain Gage Biaxial ……………………………………………... 111 8. Bidang Referensi Bentuk Kepala ……………………………………………. 112 9. Standard Anthropometry Kepala Manusia ....................................................... 113 10. Pengujian Impak Atas Helm TSA dan DSA .................................................... 114 11. Metode Pengukuran Helm Komposit Setelah di produksi ............................... 115 12. Desain Gambar Konstruksi Helm Komposit Setelah Proses Produksi menggunakan Solidwork 2005 ........................................................................ 116 13. Dimensi Konstruksi Helm Komposit ............................................................... 117


DAFTAR ISTILAH Simbol

Besaran

A1 = A2 = A3 = C0,1 = C0,2 = C0,3 = C1 = C2 = C3 = Ccd = CL = E = Ek = Em = Ek0 = ES = ES0 = m = N = S = t = t1 = tL = tI = V0 = V0 = V1 = VI = VR = Vs = VT = = Δm Lambang Yunani

Luas penampang batang 1 Luas penampang batang 2 Luas penampang batang 3 Kecepatan rambat gelombang dalam batang 1 Kecepatan rambat gelombang dalam batang 2 Kecepatan rambat gelombang dalam batang 3 Kecepatan rambat gelombang dalam batang impak Kecepatan rambat gelombang dalam batang penerus Kecepatan rambat gelombang dalam spesimen Kecepatan rambat gelombang pada spesimen Kecepatan gelombang longitudinal Modulus Young material Energi kinetik Modulus Young Energi kinetik mula-mula Energi regangan Energi regangan mula-mula Massa benda mula Nilai data yang diperoleh setelah pengimpakan Standar deviasi Waktu rambat gelombang Waktu rambat gelombang antara strain gage a dan b Waktu rambat gelombang longitudinal Waktu rambat gelombang dalam batang impak Kecepatan partikel mula-mula Tegangan setelah pengimpakan Kecepatan batang 1 sebelum tumbukan Kecepatan partikel masuk Kecepatan partikel yang direfleksikan Tegangan pengujian Kecepatan partikel yang ditransmisikan Perubahan massa

α ασ β βσ

Faktor transmisi Tegangan yang ditransmisikan Faktor refleksi Tegangan yang direfleksikan

= = = =


Satuan m2 m2 m2 m/det m/det m/det m/det m/det m/det m/det m/det GPa Joule MPa Joule Joule Joule Kg det det det m/det m/det Volt m/det m/det m/det Volt m/det Kg

MPa MPa

ε

=

Regangan

ρ1 ρ2 ρ3 σ1 σ2 σI σR σT

= = = = = = = =

Rapat jenis material batang 1 Rapat jenis material batang 2 Rapat jenis material batang 3 Tegangan pada batang 1 Tegangan pada batang 2 Tegangan yang masuk Tegangan yang direfleksikan Tegangan yang ditransmisikan


% kg/m3 kg/m3 kg/m3 MPa MPa MPa MPa MPa

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1.

Latar Belakang Di kawasan industri atau pabrik khususnya yang bergerak di bidang jasa

konstruksi, sering terlihat terjadinya kecelakaan kerja terutama bagi para pekerja di lapangan. Pada umumnya para pekerja memang selalu berhadapan dengan resiko 1 yang sangat tinggi terhadap tingkat keselamatannya. Oleh karenanya untuk mengurangi angka kecelakaan kerja di lingkungan industri tersebut, para pekerja sebaiknya harus dilengkapi dengan Alat Pelindung Diri (APD). Salah satu APD yang dimaksud di sini adalah helm. Diketahui bahwa selama ini helm industri yang banyak digunakan pada beberapa industri di Indonesia masih belum memenuhi syarat-syarat keselamatan kerja, artinya helm tersebut belum bisa menjamin si pemakai aman dari benda yang jatuh bebas dari ketinggian tertentu. Di negara-negara maju jauh sebelumnya telah memiliki standarisasi yang mengatur tentang kelayakan helm industri antara lain: JIS T 8131-1977 (Japan), ANSI Z 89.1-1977 (USA), dan AS/NZS 1801.TYPE 1.EN 397.SS 98 (Australia). Penyelidikan dan pengujian terhadap kekuatan helm telah dilakukan oleh para peneliti, dan balai pengujian yang mengkaji diberbagai aspek yang berbeda. Helm sebagai alat pelindung kepala dari benda keras yang jatuh bebas dari ketinggian tertentu yang bisa mengakibatkan cedera kepala. Di negara maju telah diketahui angka kecelakaan cedera kepala mencapai 3 s.d 6% dari keseluruhan kecelakaan yang terjadi. Kontribusi kecelakaan pada umumnya Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

disebabkan karena adanya benturan dari suatu benda terhadap kepala yang terjadi secara tiba-tiba, apakah dari atas maupun samping. Kecelakaan tersebut biasanya dipicu oleh banyak faktor, antara lain kelalaian pekerja, peralatan yang rusak, peralatan yang tidak memenuhi syarat, dan lingkungan yang tidak aman. Kepala merupakan bagian yang paling vital dari tubuh manusia, maka cara untuk melindungi kepala tersebut

adalah dengan mengenakan helm. Dalam penelitian ini helm

dirancang khusus dan dicetak dengan metode hand lay up. Selanjutnya helm dimodifikasi pada bagian dinding untuk memenuhi persyaratan ergonomik. Hal lain yang belum diteliti yaitu tentang respon helm industri yang lolos uji standard dengan pembebanan impak kecepatan tinggi. Pada penelitian ini terlebih dahulu yang dilakukan adalah: mendesain model konstruksi helm industri, dan membuatnya dari bahan komposit polimer Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP) dengan memodifikasi bentuk konstruksi helm standard yang ada, sehingga diharapkan lebih kuat dari helm industri yang biasa digunakan selama ini. Pada desain model konstruksi helm industri ini, yaitu dengan membentuk saluran udara (wind channel) pada keempat sisi dinding helm untuk kenyamanan dalam penggunaannya. Setelah proses pabrikasi, selanjutnya helm di uji ergonomik dengan alat ukur termokopel, dan uji kekuatan menggunakan (KOMPAK), sedangkan uji statik dengan alat

alat uji impak

HT-9052 Computer Hidrolic

Universal Testing Machine. Pada pengujian impak dilakukan untuk mengetahui seberapa besar respon tegangan impak dan tegangan insiden yang masuk pada helm. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Dalam hal ini, desain dan pabrikasi serta modifikasi model konstruksi helm komposit adalah berdasarkan bentuk konstruksi helm standard TYPE 1. EN 397, AS/NZS 1801.SS 98. Pada uji kekuatan helm komposit adalah menggunakan set up peralatan yang telah berhasil didesain pada tahun pertama dari proyek penelitian Hibah Pasca di Pusat Riset Impak dan Keretakan, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Tenik USU Medan. Dari latar belakang di atas, maka peneliti memandang perlu untuk melakukan penelitian lanjutan ini, yaitu tentang desain dan pabrikasi helm industri yang dibuat dari bahan komposit polimer GFRP. 1.2.

Perumusan Masalah Desain dan pabrikasi adalah sebagai langkah awal untuk

memproduksi

suatu model produk helm industri dari bahan komposit polimer GFRP yang lolos uji standard. Beberapa pengujian dilakukan untuk mengetahui: propertis material dasar helm,

temperatur udara pada permukaan dalam dinding helm, dan menyelidiki

perilaku helm yang dikenai beban impak kecepatan tinggi dengan alat uji impak (KOMPAK), alat ini mampu meluncurkan batang striker (model benda jatuh) menggunakan tekanan udara dengan kecepatan yang bervariasi hingga mencapai 50 m/detik. Kecepatan tersebut

diperkirakan dapat mewakili kecepatan jatuh bebas

suatu benda dari ketinggian lebih kurang 40 meter. Selanjutnya dilakukan redesain gambar model konstruksi helm hasil produksi, untuk mengklarifikasi seluruh kontur permukaan dinding helm menggunakan solidwork 2005. Agar ruang lingkup penelitian ini tidak terlalu luas, maka penelitian ini dibatasi oleh beberapa hal sebagai berikut: Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

1. Pembuatan helm dari bahan komposit polimer GFRP dengan metode hand lay up. 2. Struktur komposit polimer GFRP terdiri dari: serat (E-glass) jenis Chopped Strand Mat yang dibentuk dengan susunan dua lapis serat sebagai penguat, dan polyester resin tak jenuh BTQN 157 EX (unsaturated resin) sebagai matrik. 3. Standard cetakan helm komposit polimer GFRP menggunakan helm standard TYPE 1.EN 397, AS/NZS 1801.SS 98 dari jenis polimer Polyethylene (PE), Polypropylene (PP), dan Acrylinitrile Butadien Styrene (ABS). 4. Geometri helm disesuaikan dengan anthropometri kepala manusia, dan mengikuti geometri helm standard. 5. Pengujian material dasar dan helm komposit terdiri dari: uji statik, dan uji dinamik (impak kecepatan tinggi). 6. Pengujian temperatur udara pada helm untuk memenuhi persyaratan ergonomik. 7. Pengujian kekuatan helm komposit dengan alat uji KOMPAK 8. Meredesain gambar model konstruksi helm hasil produksi menggunakan software solidwork 2005. 1.3.

Tujuan Penelitian

1.3.1.

Tujuan Umum Tujuan umum dari penelitian ini adalah memproduksi model helm industri

dari bahan komposit polimer GFRP yang memenuhi persyaratan ergonomik, dengan beberapa pertimbangan seperti: dimensi, kenyamanan, berat, dan kekuatannya. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

1.3.2.

Tujuan Khusus

1. Desain dan pabrikasi helm industri. 2. Menyelidiki sifat-sifat mekanik dari material komposit polimer GFRP. 3. Pengukuran temperatur udara pada bagian dalam dinding helm. 4. Menyelidiki kekuatan helm untuk mengetahui respon tegangan impak, dan tegangan insiden ( respon tegangan yang masuk pada helm). 5. Meredesain gambar model konstruksi helm komposit hasil produksi dengan menggunakan software solidwork 2005. 1.4.

Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini merupakan suatu upaya untuk dapat mengkontribusi pada

institusi, khususnya lembaga penelitian dalam memberikan informasi hasil penelitian dibidang manufaktur tentang desain konstruksi, proses pembuatan helm industri dari bahan komposit polimer GFRP dengan metode hand lay up, dan desain model helm yang ergonomik, dengan membuat bentuk saluran udara pada keempat sisi permukaan dinding helm. Konstruksi helm diharapkan lebih kuat, nyaman, dan aman dipakai bagi para pekerja proyek di lapangan, untuk menghindari bahaya kecelakaan yang menyebabkan cedera kepala. Di samping itu, manfaat dari penelitian ini adalah: 1. Memberikan informasi tentang desain model helm industri yang ergonomik. Informasi ini mempunyai arti yang penting pada suatu pengembangan ilmu, Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

khususnya dibidang manufaktur, baik dari proses pembuatan helm maupun metode pengujian dengan set up peralatan yang digunakan sangat memungkinkan untuk mendapatkan paten maupun publikasi di tingkat internasional. 2. Memberikan informasi kepada dunia industri dan pemerintah dalam hal ini Deperindag dan Depnaker tentang desain dan pabrikasi helm industri yang ergonomik dari bahan komposit polimer GFRP yang mampu meredam benturan (tumbukan) akibat beban impak kecepatan tinggi. 3. Memberikan masukan kepada Badan Standarisasi Nasional (BSN) untuk mempertimbangkan beban impak kecepatan tinggi dalam standarisasi lolos uji, sebagai kriteria pengujian yang sedang dikembangkan saat ini.


BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1.

Helm Industri Standard Pengembangan produksi dibidang manufaktur, untuk jenis produk helm dari

bahan polymer biasa pada umumnya telah banyak diproduksi oleh pabrik-pabrik pembuat helm dengan berbagai model helm yang selama ini digunakan oleh masyarakat di negara-negara maju sesuai keperluan di lapangan. Disamping itu helm tersebut mempunyai standard tertentu sesuai peraturan yang telah ditetapkan oleh pemerintah negaranya. Di antara standard-standard helm yang dikenal secara luas dan banyak menjadi referensi antara lain: (1). ANSI Z 89.1-1997 (Amirican National Standard Institute; (2). JIS T8131 (Japan Industrial Standard); (3). SII (Standard Industri Indonesia) hanya mengluarkan standarisasi untuk jenis helm pengendara sepeda motor. Berikut ini dapat dilihat beberapa contoh dari helm Industri Standard Australia AS/NZS 1801. TYPE 1. EN 397. SS 98 yang digunakan sebagai acuan bentuk cetakan untuk membuat helm dari bahan komposit polimer GFRP.

Gambar 2.1 Helm Industri Standard Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

7

2.2.

Standarisasi dan Klasifikasi Helm Industri Helm industri pada umumnya memiliki standarisasi yang berbeda-beda

berdasarkan jenis material dan penggunaannya.. Berikut ini klasifikasi helm industri menurut JIS [10] dapat dilihat seperti pada Tabel 2.1. Tabel 2.1. Klasifikasi dan simbol JIS (1982) Kelas (simbol)

A.

B.

AB.

AE.

ABE.

Fungsi

Untuk melindungi atau mengurangi bahaya dari benda melayang atau jatuh. Untuk melindungi atau mengurangi bahaya akibat benturan. Untuk melindungi atau mengurangi bahaya dari benda melayang atau jatuh dan benturan. Untuk melindungi atau mengurangi bahaya dari benda melayang atau jatuh dan untuk melindungi dari bahaya kejutan listrik di kepala. Untuk melindungi atau mengurangi bahaya dari benda melayang atau jatuh dan benturan dan untuk melindungi dari bahaya kejutan listrik di kepala.

Klasifikasi berdasarkan bahan tempurung Synthetic Resin

Klasifikasi berdasarkan ketahanan terhadap tegangan listrik Tidak tahan terhadap tegangan listrik.

Metal

Synthetic Resin

Tidak tahan terhadap tegangan listrik.

Synthetic Resin

Tidak tahan terhadap tegangan listrik.

Synthetic Resin

Tahan terhadap tegangan listrik.

Synthetic Resin

Tahan terhadap tegangan listrik.

Sumber: Japan International Standard (JIS- 1982)

Sedangkan ANSI [2] mengelompokkan dalam dua tipe yaitu: (1). Helm yang digunakan untuk melindungi kepala dari benda yang jatuh bebas dari ketinggian tertentu, umumnya digunakan oleh pekerja konstruksi; dan (2). Helm yang digunakan Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

untuk melindungi kepala dari benda yang datang dari arah lateral baik dari depan, samping, dan belakang. Jenis ini biasanya digunakan petugas pemadam kebakaran. 2.3.

Konstruksi Helm Komposit Dalam penelitian ini, pertama sekali bentuk konstruksi helm komposit ini

didesain dan dimodifikasi dari bentuk helm standard yang ada dijual di pasaran sebagai acuan bentuk cetakan, kemudian helm komposit dicetak dan dibentuk menggunakan metode hand lay up, sehingga memenuhi persyaratan helm yang ergonomik. Adapun cakupan dalam penelitian ini meliputi: 1. Desain model konstruksi helm industri dari bahan komposit polimer GFRP yang di modifikasi seperti bentuk (Gambar 2.2) berikut ini.

50 mm

1

I 2 4

6 3

5 II Keterangan Gambar: 1. Tempurung (cangkang) 2. Jaringan peredam benturan. 3. Pelindung sinar matahari (brim) 4. Tali cincin 5. Tali dagu 6. Saluran udara

Gambar 2.2 Desain Konstruksi Helm Komposit Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Pelaksanaan desain dan pabrikasi dilakukan sebagai berikut: a. Desain, dan pembuatan cetakan brim (bagian:II). b. Pencetakan cangkang helm (bagian:I), dan brim (bagian II) dilakukan secara terpisah, hingga proses pengeringan. c. Pabrikasi helm komposit dilakukan dengan menggabungkan kedua bagian yaitu: bagian I, dan II, dengan cara menyambung di sekeliling dinding helm. d. Pembentukan saluran angin pada keempat sisi permukaan dinding helm. 2. Pabrikasi helm dengan metode hand lay up menggunakan cetakan helm standard, sesuai dengan bentuk Anthropometry kepala manusia (Gambar 2.3). 3. Verifikasi helm hasil produksi dengan meredesain gambar konstruksi model helm yang dimodifikasi, untuk mengklarifikasi

dimensi

dan kontur helm

menggunakan solidwork 2005. 4. Jenis pengujian yang dilakukan: a. Pengujian statik dilakukan untuk mendapatkan sifat-sifat mekanik material dasar helm komposit polimer GFRP. b. Pengujian ergonomik dilakukan dengan pengukuran temperatur udara pada bagian dalam dinding helm secara langsung pada udara bebas menggunakan alat termokopel. c. Pengujian dinamik menggunakan alat uji KOMPAK dengan variasi jarak impak, untuk mengetahui besar respon tegangan akibat beban impak menggunakan set up peralatan dengan teknik pengukuran dua gage. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

5. Hasil pengujian pada langkah (4) di atas, akan memberikan informasi berguna untuk menganalisis kekuatan helm komposit, yang pada

gilirannya dapat

menganalisis secara kuantitatif dari fungsi, maupun kenyamanan helm sebagai Alat Pelindung Diri (APD), untuk mencegah terjadinya cedera kepala akibat benturan benda keras yang jatuh dari ketinggian tertentu. Dalam hal penggunaannya, temperatur udara pada bagian dalam dinding helm tidak menyebabkan terasa panas dan gatal pada kulit kepala. Menurut

ISO TC22/ SC12/ WG5 WorldSID TG

N396., [9], dimensi

anthropometry kepala manusia berdasarkan AMVO seperti pada tabel 2.2 berikut ini. Tabel 2.2 Actual head anthropometry Vs design target Parameter

Target

Reference

Actual

Mass

4,14 kg ± 0,1 kg

AMVO

4,23 kg

Circumfererence

570,6 mm ± 5 mm

AMVO Study 1983

568 kg

Height

230,9 mm

-

231 mm

Length

197,4 mm ± 2 mm

AMVO

199 mm

Width

158 mm ± 2 mm

AMVO

159 mm

Corected AMVO

177 mm, 0 mm, 656 mm.

CG Location

177 mm, 0 mm, 656,4mm (Respect to mid H- Point)

Sumber: ISO TC22/SC12/WG5 WorldSID TG N396 Sedangkan Gambar 2.3 adalah hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Dhanannjay

Deo.,[4]

menunjukkan

Mesh

Processing

For

Computerized

Anthropometry dibawah ASME 2005 International Design Engineering Technical Conferences & Computersand Information in Engineering Conference (IDETC/DAC 2005). Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Gambar 2.3 Standard antropometri kepala manusia

2.4.

Klasifikasi Proses dan Material Komposit Polimer

2.4.1.

Termoplastik polimer Pada umumnya termoplastik polimer terdiri dari jenis poliamid,

polikarbonat, polietilenteraftalat sebagai matrik. Bahan polimer ini digunakan untuk berbagai keperluan seperti: peralatan rumah tangga, alat–alat kesehatan, kendaraan bermotor, dan lain sebagainya. Pada proses pembuatan atau pencetakan biasanya menggunakan serat sebagai penguat dan polimer sebagai matrik. Pada proses termoplastik polimer ini, jenis serat yang digunakan adalah: carbon, boron, kevlar 49, dan E-Glass yang berbentuk serbuk (powder) atau partikel. Pada proses pencetakannya menggunakan cetakan tertutup dengan sistem pemanasan, dan tekanan.

Alat cetak yang digunakan adalah: injection molding,

compression molding, bag molding, dan transfer molding. Sebelum dicetak, polimer dipanaskan dari bentuk solid

ke cairan viscositas dan dicampur dengan serat

penguat, selanjutnya diinjeksikan ke dalam cetakan dengan tekanan udara, sehingga Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

menjadi sebuah bentuk produk yang diinginkan, kemudian didinginkan kembali kebentuk solid. Jenis termoplastik polimer ini dapat dilakukan proses daur ulang, pada siklus pemanasan dan pendinginannya dapat diaplikasikan diberbagai waktu tanpa adanya penurunan atau pengurangan polimer. polimer adalah tergolong menggunakan serat

jenis

Jadi

proses termoplastik

Polymer Matric Composites

(PMCs) yang

berbentuk serbuk (powder), dan memiliki struktur material

yang isotropic. 2.4.2.

Termoset polimer Termoset polimer, dan elastomer berbeda dengan termoplastik polimer.

Penggunaan termoplastik polimer lebih luas dari termoset polimer. Termoset polimer, jika dipanaskan akan terjadi perubahan secara kimia. Secara umum termoset polimer: lebih kaku, modulus elastisnya semakin meningkat, rapuh, sebenarnya tidak memiliki keuletan, kecil kemungkinan dapat larut pada bahan pelarut biasa, tahan terhadap temperatur tinggi, dan tidak dapat untuk dilebur atau dicairkan kembali, bahkan berkurang atau terbakar. Proses pembentukan atau pencetakan jenis termoset polimer ini pada umumnya menggunakan bentuk cetakan terbuka tanpa memerlukan proses pemanasan dan tekanan. Bahan polimer yang utama termoset adalah: phenolic, unsaturated polyester dan epoxies sebagai matrik yang mengeras pada suhu kamar, dan jenis serat yang digunakan sebagai penguat adalah : serat E-Glass jenis Chopped Strand Mat (CSM), serat alam, dan sintetik sebagai penguat. Pada prinsipnya proses Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

ini tergolong jenis plastik yang diperkuat serat (Glass Fiber Reinforced Plastic/ GFRP). Keuntungan dari material GFRP adalah: memiliki keuletan dan kekuatan yang seimbang, memperbaiki ketangguhan, dan tahan terhadap beban impak. Jenis struktur material GFRP tergolong anisotropic dan signifikan dengan sifat-sifatnya. Klasifikasi proses produksi untuk jenis material PMCs dan GFRP secara skematis menurut Groover M.P., [7] dapat dilihat pada Gambar 2.4. 2.4.3.

Material Komposit Polimer GFRP dan Sifat-Sifat Mekanik Jenis termoset polimer yang diperkuat serat ini sering digunakan oleh para

peneliti sebagai bahan teknologi yang memiliki kekuatan yang dapat diandalkan untuk keperluan barang-barang industri. Material komposit

dari jenis termoset

polimer yang diperkuat serat gelas (Fiber Reinforced Plastic) ini digunakan untuk bahan teknologi, dan dibuat sesuai dengan keperluan yang diinginkan. Spesifikasi material komposit menurut Shinroku Saito., [16] dapat ditunjukkan seperti pada Tabel 2.3. Tabel 2.3 Spesifikasi Material Komposit Polimer dan Sifat-Sifat Mekanik Jenis Material

Kekuatan Tarik (GN/m2)

Perpanjangan patah (%)

Masa Jenis (g/cm3)

Modulus Elastisitas (G N/m2)

Serat glass Tipe: E

3,2

2,3

2,54

75

Resin Polyester tak jenuh.

1,1

9,0

1,38

15

Sumber: Groover M.P Sedangkan pada Gambar 2.4 adalah menunjukkan klasifikasi proses Polymer Matrix Composites (PMCs) yang menggunakan serat searah, serat tidak searah, dan Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

serat pendek sebagai penguat, dengan berbagai metode pencetakan sesuai keperluan perencanaan.

Hand Lay up Open Mold Processes Automated TapeLaying

Compression Molding Processes for continuous/ discontinuous fiber PMCs

Closed Mold Processes Filament Winding

Resin Trasfer Molding

Pultrusion Processes Other

Tube Rolling

Open Mold Processes

Spray up

FRP Shaping Processes

Compression Molding Processes for short Fiber PMCs

Closed Mold Processes

Transfer Molding Injection Molding Centrifugal Casting

Other Continuous Laminating

Gambar 2.4 Klasifikasi Proses Fiber Reinforced Plastics (FRP) dan Polymer Matrix Composite (PMCs) Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

2.5.

Fungsi dan Kenyamanan Helm Industri Terkait dalam penggunaan helm di lingkungan industri, maka selain di

anjurkan untuk memakai helm bagi para pekerja. Pada pihak manajemen juga harus memperhatikan bagaimana kekuatan dan kenyamanan helm yang digunakan sehingga dapat memberikan jaminan keselamatan dan kenyamanan bagi para pekerja atau helm tersebut telah memenuhi persyaratan keselamatan kerja sesuai dengan yang dianjurkan. Di dalam undang-undang nomor 1 tahun 1970., [26] tentang keselamatan kerja adalah untuk: 1. Mencegah dan mengurangi terjadinya kecelakaan. 2. Memberikan Alat Pelindung Diri (APD) bagi para pekerja. 3. Menyesuaikan dan menyempurnakan pengamanan pada pekerjaan yang bahaya kecelakaannya menjadi bertambah tinggi. Menurut peraturan Keselamatan dan Kesehatan Kerja (K3), pihak industri berkewajiban menyediakan, dan pekerja harus menggunakan Alat Pelindung Diri (APD). Misalnya: Helm yang telah lolos uji dengan menggunakan teknik pengujian yang standard. Akan tetapi banyak juga helm yang digunakan di industri tidak memenuhi persyaratan standard. Pengujian standard adalah untuk melihat sejauh mana kemampuan helm dalam menyerap energi impak. Selain itu juga uji standard bertujuan untuk meneliti tingkat kerusakan helm yang kemungkinannya bisa merusak lapisan kulit kepala lewat penetrasi. Teknik ini telah banyak digunakan oleh berbagai Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

pusat pengujian helm, misalnya: Sirim Berhad, Malaysia, BP4 Deperindag, Bandung Indonesia, dan juga Pusat Riset Impak dan Keretakan Jurusan Teknik Mesin USU. Berdasarkan uraian permasalahan di atas, maka dinilai sangat diperlukan untuk melakukan penelitian

ini, dan merupakan

suatu pengembangan dibidang

produksi (manufaktur) guna mewujudkan hasil desain model produk (helm industri) dari bahan komposit polimer GFRP yang memenuhi persyaratan ergonomik. Pengertian ergonomik disini adalah hubungan antara manusia dengan perlatan kerja yang nyaman, dan aman digunakan.

Menurut Yeh Liang Hsu, dkk ., [27], telah mengembangkan bentuk dan model konstruksi pada dinding helm industri dengan meredesain bentuk saluran angin untuk memperbaiki sifat-sifat panas yang tersimpan pada dinding bagian dalam helm, dan helm dibuat dari bahan polimer ABS yang menggunakan alat Vacum Moulding. Tujuan dari pengembangan ini adalah untuk memenuhi persyaratan helm industri yang ergonomik seperti terlihat pada Gambar 2.5.

Arah angin

Saluran Angin masuk

Gambar 2.5 Model Helm Industri Dengan Saluran Angin (DSA) Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Yeh Liang Hsu, melakukan pengujian dengan program simulasi komputer. Spesimen (helm) yang di uji adalah model helm yang menggunakan saluran angin seperti Gambar 2.5 di atas. Dalam penelitiannya adalah untuk menyelidiki sifat-sifat panas pada dinding bagian dalam helm dengan metode pengujian seperti terlihat pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6

Pengujian Temperatur Udara pada dinding dalam Helm

Penelitian yang dilakukan Yeh Liang Hsu di atas, adalah menggunakan lampu halogen pada satu ruangan yang di kondisikan sebagai sumber udara panas yang memancarkan sinar di atas kepala atau helm seperti terlihat pada Gambar 2.6. Selanjutnya dilakukan pengukuran menggunakan seperangkat alat kontrol elektronik, untuk mengetahui sifat-sifat panas (thermal properties) yang terjadi pada dinding bagian dalam helm seperti yang telah diketahui dari mulai set up peralatan pada Gambar 2.6, terlihat sinar lampu halogen memberikan sorotan sinar, dan udara panas di atas kepala yang mengenakan helm. Hasil pengukuran diketahui temperatur rataHasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

rata di dalam dinding helm sebesar 38,30C, ketika lampu dimatikan temperatur ruangan dikondisikan pada temperatur 300C dari sumber panas yang tersedia melalui Electical heating coils, dengan kecepatan angin 2 s.d 2,5 m/det yang ditiupkan menggunakan kipas angin. Selanjutnya dari data pengukuran diketahui temperatur rata-rata di bawah dinding helm menjadi menurun sampai 310C. Jadi dari hasil pengujian yang dilakukan dalam penelitiannya diperoleh temperatur rata-rata udara di dalam dinding helm sebesar 310C sama dengan temperatur udara terbuka di sekitarnya pada musim panas yaitu: 31,50C s.d 33,30C. ( BMG. Bureau of Taiwan )., [8]. Sedangkan Syam, B., [19] dan Mahdi, B., [13] telah melakukan penelitian tentang teknik pengukuran tegangan insiden dengan aplikasi teknik dua gage untuk pengujian helm industri yang dikenai beban impak kecepatan tinggi. Teknik aplikasi dua gage tersebut relatif lebih mudah digunakan, dan helm yang di uji memberikan respon beban dan waktu impak (tegangan insiden) sesuai dengan karakteristik pembebanan. Penelitian helm industri juga telah dilakukan secara simulasi komputer dengan menggunakan pendekatan metode elemen hingga oleh Nayan.,[14]. Penyelidikan yang telah dilakukan oleh Indra .,[8] tentang pembentukan headform yang diidealisasikan sebagai bentuk kepala manusia, hal ini penting mengingat tujuan akhir dari penggunaan helm adalah untuk melindungi kepala dan organ lain yang ada di dalamnya. Berdasarkan beberapa pengalaman para peneliti di atas, masalah desain model dan pengukuran temperatur udara pada dinding bagian dalam helm komposit Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

merupakan variabel yang sangat berpengaruh terhadap kenyamanan, dan kesehatan bagi sipemakai. Berdasarkan permasalahan di atas, maka yang dilakukan dalam penelitian ini adalah lebih terfokus pada desain dan memodifikasi bentuk helm standard (AS/NZS 1801.EN.397. SS 98) yang digunakan sebagai acuan

untuk

mencetak helm dari bahan komposit polimer GFRP dengan metode hand lay up. Penelitian ini juga akan memperlihatkan sebuah produk helm komposit dari hasil desain dan pabrikasi, yang diperkirakan akan lebih mampu untuk meredam benturan dari benda keras dibandingkan dengan helm standard yang dibuat dari bahan polimer biasa. Di samping itu, desain model konstruksi pada dinding helm merupakan bagian yang sangat penting dalam penelitian ini yaitu: dengan membentuk saluran angin pada ke empat sisi dinding helm, agar udara panas yang terakumulasi pada bagian dalam dinding helm dapat bersirkulasi dengan udara luar, dan diharapkan temperaturnya sama dengan temperatur udara di sekitarnya, sehingga tidak terasa panas, dan tidak menyebabkan lembab pada kulit kepala. Jadi dari hasil desain, modifikasi, dan pembuatan produk helm komposit ini untuk memenuhi persyaratan helm ergonomik yang layak digunakan. Hal ini telah banyak dilakukan oleh para peneliti sebelumnya dengan berbagai metoda eksperimen, baik pengujian yang dilakukan di dalam ruangan tertutup maupun menggunakan software dengan simulasi komputer. Jadi dalam penelitian ini, untuk pengujian temperatur udara di dalam dinding helm, pengukurannya dilakukan di lapangan terbuka (udara bebas) pada kondisi iklim cuaca cerah, dan berangin dengan menggunakan alat pengukur termocouple. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Pengujian ergonomik ini dilakukan secara langsung dengan mengenakan helm, dan pada bagian dalam dinding helm dipasang enam buah titik pengukuran yang dihubungkan menggunakan connecting cable pada alat termokopel. 2.6.

Pengukuran Temperatur Udara pada Helm Pengukuran temperatur udara pada dinding bagian dalam helm dilakukan

pada kondisi udara bebas dengan mengenakan helm. Pengukuran dilakukan pada musim panas (kemarau) dengan kondisi cuaca cerah pada temperatur udara rata-rata yaitu: 310C s.d 330C, dan kelembaban relatif (relatif humidity) 54 s.d 95% (dari sumber data BMG April, 2006 , Medan) ., [3]. Menurut Aik Suwarno.,[1] dilihat dari standard kenyamanan di Indonesia suhu kering berkisar 220 C s.d 280 C dengan kelembaban 70 s.d 80 %. Sebagai o

perbandingan suhu ruangan di dapur Grand Bali Beach Hotel 32 C dengan o

kelembaban 78,5 %, di Coffee shop 30 C dengan kelembaban 93 %. Pada kondisi ini, panas yang dipancarkan oleh sinar matahari dan diserap oleh dinding helm secara optimal, sehingga panas temperatur udara di dalam dinding helm dapat diketahui dan terukur dengan baik menggunakan alat termokopel. Dalam pengukuran panas temperatur udara ini adalah disebabkan beberapa faktor sumber panas yang mempengaruhi tinggi temperatur di dalam dinding helm, tepatnya di antara kulit kepala dengan permukaan dinding bagian dalam helm yaitu: (a). Panas temperatur dari tubuh manusia melalui kulit kepala; dan (b). Panas temperatur yang dipancarkan oleh sinar matahari melalui dinding bagian luar helm. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Sehingga temperatur udara ini terakumulasi di dalam dinding helm tersebut sehingga terasa lebih panas. Untuk mengantisipasi permasalahan ini, maka perlu di desain model helm industri yang menggunakan saluran angin (wind channel). Saluran angin tersebut dibentuk pada sisi dinding helm bagian: depan, belakang, kanan, dan kiri. Pembuatan saluran angin pada keempat sisi helm ini, agar udara panas yang terakumulasi di dalam dinding helm dapat bersirkulasi melalui saluran tersebut ke udara bebas dengan kecepatan angin rata-rata 2,5 s.d 5 m/det, sehingga udara panas yang terjebak dalam dinding helm tersebut terdorong keluar dengan tiupan angin yang masuk lewat saluran udara pada dinding helm. Kondisi ini akan terjadi siklus perpindahan

panas secara konveksi di dalam dinding helm dengan udara di

sekitarnya, dan diperkirakan temperaturnya sama dengan temperatur udara di sekelilingnya. Dengan demikian, helm komposit hasil desain dan pabrikasi diharapkan dapat memenuhi persyaratan

sebagai produk helm yang ergonomik

sesuai yang diinginkan. Untuk keperluan pengukuran temperatur udara pada helm dapat di tunjukkan seperti pada gambar 2.7. Titik pengukuran

d

l t

Saluran Udara

Sinar Matahari Layar Pembacaan Temperatur

Termokopel

Penyetel Channel 1 s.d 6

Gambar 2.7 Set up Alat Termokopel pada Helm Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

2.7.

Pengujian Statik dan Dinamik Pada penelitian ini , pengujian kekuatan helm dilakukan di Pusat Riset

Impak dan Keretakan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. Adapun pengujian- pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut: (1). Pengujian Statik, dan (2). Pengujian Dinamik. 1.

Pengujian Statik Pada pengujian statik dilakukan dengan menggunakan alat uji HT-9502

Computer Hidrolic Universal Testing Machine dengan kapasitas 10 ton. Dalam pengujian ini untuk mengetahui sifat-sifat mekanik (mechanical properties) material helm komposit sebagai spesimen uji yang dicetak dalam bentuk plat lempengan menggunakan alat penekan ( pemberat) seberat 70 kg, dan plat lempengan tersebut dibentuk dengan proses pemesinan. Bentuk dan dimensi spesimen uji tersebut menurut standarisasi ASTM 638 D. Pada pengujian tarik ini, spesimen yang diuji sebanyak 3 buah dengan tebal 2 mm, dan panjang 120 mm, untuk mendapatkan harga rata-rata kekuatan tarik maksimum ( σ max ), dan modulus elastisitas (E) dari material komposit, dan material ini digunakan sebagai material dasar pembuatan helm komposit, yang hasilnya akan dibandingkan dengan helm dari jenis polimer biasa. Pada set up peralatan, spesimen uji di pasang pada alat pencekam (grip) yang telah terpasang pada alat uji Ht- 9502 CHUTM seperti ditunjukkan pada Gambar 2.8. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Pencekam Spesimen

Gambar 2.8 Alat Uji Statik (Ht-9502)

2. Uji Dinamik Pada pengujian dinamik ini, spesimen yang di uji adalah helm komposit hasil desain dan dipabrikasi, dan dibuat dalam dua bentuk model helm seperti: helm dengan saluran angin, dan tanpa saluran angin. Pada set up alat, spesimen uji (helm) dipasang pada alat pemegang (test rig) menggunakan alat bantu head form sebagai dudukan helm. Pada alat pemegang ini menggunakan empat buah roda, sehingga dapat bergerak bebas setelah menerima tumbukan dari batang impak (striker), dan spesimen uji diposisikan pada titik pengimpakan searah batang impak yang disusun secara kolonier. Pengujian dinamik dilakukan dengan menggunakan alat uji KOMPAK seperti pada Gambar 2.9. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

2 3

3000 mm 4

5

4000 mm 6

7

8

9 13

10

1

14

12

Detail 8

11

000V 1

000V 1

Keterangan Gambar : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Kompresor 8. Spesimen (helmet) dan test rig Tangki Udara 9. Strain Gage Pressure Regulator 10. Bridge Head Katup Selenoid 11. Signal Conditioner Pipa Barel 12. Transient Converter Striker 13. Personal Computer Input Bar 14. Inter face

Gambar 2.9 Alat Uji KOMPAK

2.8.

Teori Propagasi Tegangan

2.8.1.

Rambatan gelombang tegangan pada batang input Untuk memahami teori impak terlebih dahulu diberikan penjelasan

tentang rambatan gelombang, khususnya rambatan gelombang di dalam medium elastis. Gelombang tegangan adalah gelombang mekanis, yaitu gelombang yang memerlukan suatu medium untuk dapat mentransmisikanya., [13]. Kecepatan rambat gelombang sangat ditentukan oleh sifat-sifat medium yang dilaluinya. Ditinjau dari arah penjalarannya, gelombang dibagi atas dua bagian yaitu: Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

1. Gelombang transversal: Adalah gelombang yang arah getarannya tegak lurus dengan arah gerakan atau rambatannya. Arah Getaran

Arah rambatan Puncak

Lembah

Gambar 2.10 Sketsa Gelombang Transversal 2. Gelombang longitudinal: Adalah gelombang yang arah getarannya sejajar dengan arah rambatannya. Arah Getaran

Rapatan

Arah rambatan

Renggangan

Gambar 2.11 Sketsa Gelombang Longitudinal Pada penelitian ini hanya gelombang longitudinal yang akan dibahas lebih lanjut, karena merupakan dasar dari rambatan gelombang tegangan. Gelombang longitudinal sebagai konsep dasar pembahasan teori kekuatan akibat impak. Sebagai pembahasan perilaku gelombang longitudinal

pada sebuah batang logam dapat

dilihat pada Gambar 2.12. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

C

v0 , t c1 , t

Gambar 2.12 Perilaku Gelombang Longitudinal •

Keseimbangan momentum pada Gambar 2.12 adalah sebagai berikut: ΔmV = F t mV 0 = F 0 t ( A0C1t ρ0 ) V0 = σ 0 A0t

σ 0 = ρ0C1V0

(2.1)

di mana: C 0 = Kecepatan gelombang longitudinal merambat pada batang V 0 = Kecepatan partikel

σ 0 = Tegangan pada batang •

Modulus Elastisitas pada bahan dapat dinyatakan dengan persamaan: E = C12 ρ

C1 =

E

ρ

(2.2)

Substitusi persamaan (2.2) ke persamaan (2.1) akan diperoleh:

σ 0 = E0 ρ0V0 Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

(2.3)

Energi yang dipindahkan batang pada waktu t dapat dibedakan menjadi dua bagian yaitu:

•

•

Energi kinetik yang besarnya:

Ek =

1 m V2 2

Ek =

1 A0 ( C1t ) ρ0 V02 2

(2.4)

Energi regangan yang dipindahkan sebesar:

Es = Volume .

σ2 2E

Es =

A(C1t )σ 2 2E

Eso =

A0C1t ( ρ0C1V0 ) 2 2E

Eso =

A0C1 ρ0V02 2

(2.5)

Sehingga energi total yang dipindahkan batang pada waktu t adalah: Et = Ek 0 + Es 0 =

1 1 A0 (C1t ) ρ0V02 + A0 (C1t ) ρ0V02 2 2

Et = A0 (C1t ) ρ0V02

(2.6)

Dengan demikian besarnya energi yang dipindahkan pada batang ditentukan oleh harga-harga: A, C, t, ρ , dan kecepatan awal batang. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

2.8.2

Impak pada batang input Susunan pada batang yang digunakan pada metode pengujian ini

diperlihatkan secara skematis pada Gambar 2.13, yang terdiri dari tiga batang yaitu: batang impak (striker), batang penerus (input bar), dan spesimen.

spesimen helmet

Batang Impak

Helm tanpa Strain gage

Batang Penerus

1 V1

2

E .ρ .V 3 0 0 0 Gage. Gage. aa

Gage. b

Test Rig

Gambar 2.13 Susunan Batang Uji

Spesimen uji di letakkan bersentuhan secara kolonier dengan input bar. Sebelum beban impak diberikan, batang impak mempunyai kecepatan V 1 sedangkan input bar dan spesimen mempunyai kecepatan yang sama yaitu: V2 = V3 = 0, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.12. Setelah impak, lihat Gambar 2.13 ( di mana: C0,1 , C0,2 , C0,3 adalah kecepatan gelombang dalam masingmasing batang ), gelombang longitudinal tekan akan merambat dari interface batang impak dan batang input bar ke dalam masing-masing batang. Akibatnya bidang Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

interface input bar dan spesimen pada akhirnya akan mempunyai kecepatan yang sama sebesar V. Pada bidang interface akan terjadi keseimbangan gaya, atau akan terjadi aksi dan reaksi antar kedua batang, yang dapat dinyatakan dengan hubungan:

σ 1 A1 = σ 2 A2 di mana:

(2.7)

A1 = Luas penampang batang 1. A2 = Luas penampang batang 2.

σ 1 = Tegangan pada batang 1. σ 2 = Tegangan pada batang 2. C0,1

σ1 1

C0,2

σ2

V

V

2

3

Gambar 2.14 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 = modulus young, dan V = kecepatan partikel. Dengan demikian pada batang impak yang bergerak dengan kecepatan V1 akan timbul tegangan sebesar:

σ1 =

ρ1.E1 (V1 − V |" )

σ1 =

ρ1.E1V1 − ρ1.E1V '


(2.8)

di mana: 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 2.14, dapat ditentukan tegangan pada batang 2, yaitu:

σ2 =

ρ 2 .E2 .V '

V' =

σ2 ρ 2 .E2

(2.9)

Substitusi Persamaan (2.9) ke Persamaan (2.8) akan menghasilkan:

σ1 =

ρ1.E1.V1 − ρ1.E1.

σ2 ρ 2 .E2

(2.10)

sehingga dari persamaan (2.10) dapat ditulis:

σ 1 ρ 2 E2 =

ρ1.E1.ρ 2 .E2 V1 − ρ1.E1.σ 2

σ 1 ρ 2 E2 + ρ1 E1σ 2 = ρ1 E1.ρ 2 E2 V1

Dengan mensubstitusikan persamaan (2.7)ke persamaan (2.11) diperoleh:

( A1 ρ2 E2 + ρ1E1 A1 )σ1 A2

=

ρ1 .E1 .ρ 2 .E 2 .V1


(2.11)

σ1 =

ρ1.E1.ρ 2 .E2 .V1 A2 A1 ρ1.E1 + A2 ρ 2 .E2

(2.12)

dengan cara yang sama akan diperoleh nilai σ 2 yaitu:

σ2 =

ρ1.E1.ρ 2 .E2 .V1 A1 A1 ρ1.E1 + A2 ρ 2 .E2

(2.13)

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 = σ 1 = σ 2 . Selanjutnya tinjau rambatan gelombang tegangan elastis pada input bar dan spesimen seperti pada Gambar 2.14. Tegangan yang terjadi dari ujung kiri input bar sebesar σ akan ditimbulkan pada interface input bar dan spesimen pada saat t2 =

l2 , di mana: l2 adalah panjang C0,2

input bar, dan C0,2 adalah kecepatan gelombang elastis pada input bar. Dalam hal ini ada tiga bentuk gelombang yang terlibat, yaitu: 1. Tegangan yang terjadi, σ . 2. Tegangan yang ditransmisikan, σ T . 3. Tegangan yang dibalikkan, σ R . Gelombang tegangan tersebut dihubungkan oleh persamaan berikut ini:

σT =

2A2 E3C0,2 A3 E3C0,2 + A2 E2C0,3

σ


(2.14)

TR =

A3 E3C0,2 − A2 E2C0,3 A3 E3C0,2 − A2 E2C0,3

σ

(2.15)

interface A2

ρ2

C0,2 V

σ

V

VT

σR

σ

T

Gambar 2.15 Perilaku Tegangan pada interface input bar dan Spesimen Bila α adalah faktor transmisi dan β adalah faktor refleksi, maka di peroleh hubungan:

σT = α .σ

(2.16)

σ R = β .σ

(2.17)

Untuk material yang mempunyai sifat mekanis dan dimensi yang sama, maka dengan mensubtitusikan harga: E2 = E3 ; ρ 2 = ρ3 ; A2 = A3, dan l2 = l3 ke dalam persamaan (2.15) dan (2.16), diperoleh σ T = σ dan σ R = 0. Ini berarti besar tegangan yang ditransmisikan adalah sama dengan tegangan yang masuk, dan tidak ada tegangan yang direfleksikan. 2.9.

Pengukuran Kekuatan Helm Komposit

Pada Gambar 2.16 menunjukkan susunan batang impak, batang penerus,dan spesimen. Batang-batang tersebut disusun koloneir satu sama lain, dan perlu diketahui berapa besarnya beban impak yang dibangkitkan pada interface batang Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

penerus dan spesimen. Dengan cara pengukuran langsung, tentu sangat sulit dilakukan. Dalam pengukuran beban impak, yang dibangkitkan pada lokasi impak, dilakukan secara tidak langsung yaitu dengan menggunakan strain gage yang di lengketkan pada dua posisi di batang penerus ( lokasi a dan b ). Pada prinsipnya gelombang tegangan yang melalui batang penerus (input bar) ditangkap oleh strain gage a dan b. Selanjutnya dengan menggunakan sirkit jembatan Wheatstone (bridge box), di mana perubahan tahanan gage dirubah menjadi voltage out put, dan signal conditioning akan menyesuaikan signal dengan kemampuan transient converter (osiloskop). 200 Batang Impak

Spesimen

200

Batang Penerus

σR

σL a

c

b

1600

1800

Gambar 2.16 Teknik Dua Gage pada Set up Uji Helm Dalam penelitian ini juga akan dikembangkan suatu perhitungan beban impak di lokasi c (interface kedua batang yang bertumbukan) menggunakan teori propagasi tegangan dalam batang satu dimensi. Untuk keperluan ini, program aplikasi excel digunakan untuk membaca data yang dikirim transient converter ke PC dan menghitung besarnya impak di lokasi c. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Menurut teori propagasi tegangan ., [ 9, 10, 11], tegangan di lokasi a, b, dan c dapat dihitung sebagai berikut:

maka:

di mana:

σ b (t ) = σ L (t ) + σ R (t )

(2.18)

σ a (t ) = σ L (t − t1 ) + σ R (t + t1 )

(2.19)

σ c (t ) = σ L (t + t1 ) + σ R (t − t1 )

(2.20)

σ c (t ) = σ b (t + t1 ) + σ b (t − t1 ) − σ a (t )

(2.21)

t = waktu rambatan gelombang dalam batang. l 0 = jarak lokasi strain gage a dan b.

C0 = kecepatan rambat gelombang dalam batang. t1 =

l0 . C0

Selanjutnya, variasi beban impak dapat dilakukan dengan mengatur jarak impak (jarak antara ujung batang impak dan batang penerus), dan beban impak juga dapat diperbesar atau diperkecil, dengan mengatur tekanan udara di dalam tabung udara (air reservoir) melalui katup selenoid.


BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1.

Tempat dan Waktu

3.1.1. Tempat Penelitian ini dilaksanakan setelah disetujui dan sejak tanggal pengesahan usulan oleh pengelola program sampai dengan selesai. Tempat pelaksanaan penelitian di laboratorium Pusat Riset Impak dan Keretakan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik USU Medan. Dalam penelitian ini, pada pelaksanaannya dimulai dari desain dan pabrikasi helm komposit berdasarkan acuan helm standard yang digunakan sebagai cetakan. Selanjutnya dilakukan pengujian seperti: propertis material, ergonomik, dan kekuatan helm. Sedangkan untuk klarifikasi helm hasil pabrikasi adalah dengan meredesain

gambar model konstruksi helm hasil produksi

menggunakan Solid work 2005, hal ini dilakukan untuk memperjelas kontur model helm setelah helm diproduksi. 3.1.2

Waktu. Waktu pelaksanaan penelitian dilaksanakan selama delapan bulan.

3.2.

Material, Peralatan dan Metode

3.2.1. Material Material yang digunakan untuk pembuatan helm, dan spesimen uji adalah komposit Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP), yang terdiri dari polyster resin tak jenuh BTQN 157 (unsaturated polyster resin) sebagai matrik, dan serat E-glass jenis Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

36

Chopped Strand Mat (CSM) sebagai penguat, cairan pengeras, aseton sebagai cairan pembersih, dan mirror glaze digunakan sebagai media pemisah dari cetakan. Material komposit ini dikerjakan dengan susunan dua lapis serat seperti ditunjukkan pada Gambar (3.1). Serat E-Glass Resin

Gambar 3.1 Susunan Dua Lapisan Serat Plat Komposit GFRP Sifat- sifat bahan polymer resin termoset menurut Groover M.P.,[7] dapat ditunjukkan seperti pada tabel 3.1. Tabel 3.1 Sifat-Sifat Mekanis Polymer Resin Termoset yang diperkuat serat Bahan Polimer

Kekuatan

Perpanjangan

Modulus

Kekuatan

Kekuatan

plastik termoset

Tarik

(%)

Elastisitas

Tekan

Lentur

(Mpa)

(Mpa)

(Mpa)

560 s.d 1400

105 s.d 210

70 s.d 280

(Mpa) Resin Polyester dengan pengisi

175 s.d 210

5 s.d 50

serat E-Glass

Sumber: Groover M.P 3.2.2. Peralatan Peralatan produksi yang digunakan untuk pembuatan helm komposit, dan spesimen uji dapat dilihat seperti pada table 3.2. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Tabel 3.2 Peralatan produksi No. Nama Alat 1. Helm Standard 2. Sendok pengaduk 3. Cawan 4. Kuas pemoles 5. Obeng (-) 6. Skrap 7. Hand Roller 8. Glass Ukur 9. Plat Aluminium 10. Plat Strip

No. Nama Alat 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.

Kertas pasir Gunting Plat Cutter Tang jepit Mesin Grinda Tangan Kikir Martil Mesin Bor Tangan Besi Pemberat 70 Kg Circular Saw Machine

Sumber: Peralatan Laboratorium

3.2.3. Desain dan metode pembuatan helmet komposit Dalam pelaksanaan penelitian ini helm yang

digunakan sebagai acuan

adalah helm standard dengan nomor standarisasi AS/NZS 1801 Type. 1 EN 397 SS 98 yang dibuat dari jenis polimer: Polyethylene (PE), Polyprophylene (PP), dan Acrylic

Butadien Styrene (ABS). Helm standard ini digunakan sebagai cetakan bentuk cangkang helm (bagian I). Sedangkan bentuk kerangka bawah (bagian II) dengan mendesain model cetakan terpisah, dan dibuat dari bahan plat lembaran setebal 1.3 mm, kemudian dibentuk sesuai dengan dimensi hasil pencetakan cangkang helm komposit. Selanjutnya dari hasil pencetakan kedua bagian helm tersebut digabungkan dengan cara menyambung dari jenis material yang sama sehingga membentuk sebuah helm sesuai bentuk yang diinginkan.


Geometri helm disesuaikan dengan antropometri kepala manusia, yang mengikuti geometri helm standard. Helm komposit dibuat dengan cara hand lay up dari bahan komposit Glass Fibre Reinfored Plastic (GFRP), yang terdiri dari

polyester resin tak jenuh BTQN 157 EX (unsaturated resin) sebagai matrik, dan serat kaca (E-Glass ) jenis CSM sebagai penguat yang disusun dua lapis. Serat E-Glass ini dalam bentuk lembaran, susunan serat ke segala arah (acak), dan mudah dibentuk. Jenis serat ini sangat sesuai untuk proses pencetakan helm dengan metode hand lay

up, dan memiliki sifat yang homogen sebagai penguat terhadap matrik. . Berikut ini langkah-langkah pembuatan helm komposit, yang dimulai dari persiapan pengadaan cetakan, peralatan, bahan resin, serat, katalis, mirror glaze dan peralatan pendukung lainnya seperti pada tabel 3.2, dan dilanjutkan dengan proses pencetakan yang secara skematis dapat ditunjukkan pada Gambar 3.2 dan 3.3. 1. Siapkan cetakan helmet, cetakan helmet yang digunakan untuk membuat helmet komposit adalah helmet standard.

2. Posisi cetakan helmet menghadap keatas, karena pencetan dilakukan dari permukaan dinding sebelah

4. Ratakan resin dengan menggunakan kuas, kemudian letakkan lembaran serat yang telah dipotong sesuai bentuk yang diinginkan ke dalam cetakan.

3. Setelah mencampur resin dengan pengeras secara merata (ditandai dengan perubahan warna), kemudian cairan resin dituang kedalam cetakan.

5. Tuangkan campuran resin kembali keatas lapisan serat pertama secara merata.

6. Letakkan lembaran serat kedua diatasnya, dan tuangkan campuran resin di atas serat kedua tersebut.

8. Biarkan campuran membeku selama 6 jam, setelah itu buka cetakan dan helmet komposit telah terbentuk.

7. Ratakan permukaan campuran matrik dan serat kedua kembali hingga resin tadi merata keseluruh permukaan.


Gambar 3.2. Flow Chart Pembuatan Helm Komposit

Resin

a). Pemolesan awal resin pada cetakan helm standard.

b). Penyusunan dan pembentukan dua lapis Serat pada cetakan cangkang helm.

238

300 228

22

17

230

Brim 8

140

188

45

c). Bentuk Cangkang.

Kerangka bawah di buat dari bahan plat tebal 2 mm.

d). Dimensi kerangka Cetakan Brim

Lembaran Serat Glass Cangkang

Brim

Pelapisan Serat pada Cetakan Brim. Hasrin : e). Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

f). Bagian Helm sebelum disambung.

Gambar 3.3 Desain dan Pabrikasi dengan Metode Hand lay up

Pada proses pembuatan atau pencetakan helm komposit seperti pada Gambar 3.3 diatas. Dalam hal ini, untuk keberhasilan suatu proses produksi helm tersebut dengan mempertimbangkan berbagai faktor yang mempengaruhi adalah sebagai berikut: 1. Tersedianya material, cetakan, dan peralatan produksi yang cukup. 2. Rentang waktu pada proses pencetakan dan pengeringan adalah mencapai: 6 s.d 12 jam atau lebih untuk setiap bagian komponen helm, dan kondisi seperti ini helm sudah dapat dibuka dari cetakannya. Setelah itu dilanjutkan dengan proses penyambungan pada kedua

komponen helm tersebut, dan dikeringkan lagi

selama 6 jam, hingga helm terbentuk. 3. Kapasitas produksi yang dapat dihasilkan oleh seorang pekerja secara manual adalah selama 48 jam (yang terdiri dari: waktu pencetakan, proses pengeringan, dan jumlah cetakan yang digunakan, dengan keterampilan yang tinggi) diperoleh 4 s.d 6 buah helm, dan dilanjutkan dengan pembentukan ventilasi udara. 4. Proses pengecatan (pewarnaan), dan pengeringan dilakukan selama 2 jam atau lebih. Dari proses produksi yang dilakukan secara manual tersebut diatas, dengan metode hand lay up menggunakan jenis serat CSM, tentu dilihat dari segi waktu produksi kurang efisien, sehingga helm dapat diproduksi dalam jumlah yang relatif kecil dibandingkan dengan hasil pencetakan yang menggunakan mekanis yaitu: Injection molding, vacum molding dan lain sebagainya. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

cetakan secara

3.2.4. Pembuatan Spesimen Uji Tarik Pembuatan spesimen uji dicetak menggunakan metode hand lay up, spesimen ini di uji untuk mendapatkan sifat mekanik material komposit. Pada proses pembuatan spesimen uji menggunakan jenis material komposit GFRP yang sama seperti pembuatan helm, dan peralatan cetak spesimen uji terdiri dari: plat strip setebal 2 mm sebagai pembatas ketebalan, plat aluminium berukuran 20 cm x 20 cm dengan tebal 5 mm yang berfungsi sebagai landasan untuk proses pelapisan lembaran serat kaca, roller untuk perataan resin pada serat, dan alat pemberat 70 kg digunakan untuk pengepresan. Hasil dari pencetakan tersebut berupa plat lempengan komposit yang tebalnya 2 mm, selanjutnya spesimen dibentuk menurut standard ASTM 638-D.

Prosedur pembuatan spesimen plat komposit GFRP meliputi tiga proses utama, yakni persiapan, pencetakan, dan pembentukan. Setelah proses persiapan dilakukan, maka dilanjutkan dengan proses pencetakan di atas plat aluminium yang berukuran 20 cm x 20 cm, untuk mendapatkan bentuk lembaran plat komposit. Selanjutnya dikeringkan pada temperatur kamar selama 6 s.d 12 jam. Plat komposit ini dibentuk menjadi spesimen uji sesuai dengan standard ASTM 638-D dan dikerjakan dengan proses pemesinan. Berikut ini penjelasan langkah-langkah pembuatan lembaran plat komposit, yang diuraikan secara

flow chart seperti

ditunjukkan pada Gambar 3.4, dan dijabarkan secara skematis pada Gambar 3.5. Bentuk dan ukuran spesimen plat komposit ditunjukkan pada Gambar 3.6. Set up peralatan uji statik dapat dilihat pada Gambar 3.7. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

1.

Setelah mencampur resin dengan pengeras secara merata, kemudian tuangkan campuran resin kedalam cetakan, selanjutnya diratakan dengan kuas.

4. Tuangkan campuran resin kembali di atas lapisan serat pertama.

5.

Ratakan kembali campuran resin tersebut dengan menggunakan roller sehingga cairan dapat meresap kedalam serat dengan baik sekaligus mendorong keluar gelembung udara yang terperangkap.

8. Selanjutnya langkah 3 s/d 7 di ulangi kembali hingga lapisan serat terakhir

9. Kerjakan pada lapisan akhir, proses finishing dengan meratakan permukaan campuran resin , dan kemudian di tutup dengan penutup

2. Tutup lembaran pertama dengan serat secara merata.

3. Ratakan matrik dan serat dengan menggunakan roller

6. Letakkan lembaran serat kedua diatasnya.

7. Ratakan dengan roller campuran matraiks dan serat kedua kembali hingga campuran tadi merata

10. Tekan penutup cetakan dengan beban te kanan 70 kg. Tujuan penekakanan ini untuk memperoleh kerataan permukaan komposit dan menghilangkan gelembung udara .

11. Biarkan spesimen membeku/mengeras selama ± 6 jam. Setelah itu cetakan dapat dibuka dan spesimen berbentuk lembaran plat telah tercetak.

Gambar 3.4 Flow Chart Pembuatan Spesimen Plat Komposit Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Gambar 3.5 Skematis Proses Pencetakan Spesimen Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

120

2

10

20

50

20

Gambar 3.6 Spesimen Uji Tarik (Standard ASTM 638 – D) 3.2.5. Set up alat uji statik Set up alat pengujian tarik statik berikut ini ditunjukkan secara skematik seperti pada Gambar 3.7.

Pengujian tarik statik

untuk mendapatkan sifat-sifat

mekanik material dasar helm seperti: modulus elastisitas (E), dan kekuatan tarik maksimum ( σ maks ). Peralatan Ht- 9502 Computer Hidrolic Universal Testing

Machine digunakan untuk uji material helm komposit polimer GFRP yang berbentuk plat lempengan, dan spesimen dibentuk menurut standard uji ASTM 638 D seperti pada Gambar 3.6 di atas.

Spesimen uji

Gambar 3.7 Set up Alat Uji Statik Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Pada pengujian statik menggunakan alat uji Hungta (Ht-9502 Computer

Hidrolic Universal Testing Machine dilakukan di Pusat Riset Laboratorium Uji material Jurusan Teknik Mesin UNIMAL Lhokseumawe.

3.3.

Pengujian Temperatur Udara pada Dinding bagian dalam Helm

Pengujian temperatur udara pada helm

menggunakan alat termokopel

digital. Pengukuran dilakukan dengan mengenakan helm secara langsung dilapangan. Pada alat termokopel ini dipasang enam buah channel pengukuran menggunakan kabel penghubung yang disusun pada bagian dalam dinding helm, dan setiap titik pengukuran masing-masing

berjarak 70 cm. Untuk pelaksanaan pengukuran

temperatur, dan set up alat termokopel ditunjukkan seperti langkah-langkah berikut ini: 1. Pasang kabel penghubung termokopel pada ke 6 channel (enam titik pengukuran). 2. Hubungkan input cable termokopel dengan sumber arus listrik,

maka alat pada

posisi ON. 3. Pasang kabel penghubung pada helm adalah dengan cara menempelkan ujung kabel penghubung antara termokopel dengan helm pada permukaan dinding bagian dalam helm yang dipasang sebanyak 6 titik masing-masing pada jarak 70 mm dengan cara meletakkan ujung-ujung kabel pengukur tersebut dengan jarak 10 mm dari permukaan dinding dengan menggunakan karet penahan setebal 10 mm yang di isolatif agar tidak mudah bergeser dari kedudukannya. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

4. Pada pelaksanaan pengukuran, helm dipakai langsung pada kondisi panas sinar matahari. Pengukuran temperatur dilakukan setelah 60 menit helm dalam keadaan dipakai, selanjutnya pembacaan temperatur pada digital screen secara langsung dengan memutar pengatur channel dari titik 1 s.d 6. Pengujian temperatur ini dilakukan pada kedua model helm: (a). Model helm dengan saluran angin (DSA), dan (b). Model helm tanpa saluran angin (TSA).

Brim

Dinding bagian dalam helm Sumber listrik t e x t

t e x t t e x t

t e x t

t e x t

t e x t

0

Rolling cable

Helmet Pembacaan Tempetur Kabel Penghubung

Termokopel

Gambar 3.8 Set up Alat Termokopel pada Helm Dari hasil pengukuran temperatur pada helm, untuk mengetahui seberapa besar perbedaan temperatur udara yang terakumulasi di dalam dinding helm akibat pengaruh panas sinar matahari, dan suhu badan manusia yang selama ini sangat mempengaruhi kondisi fisik, dan sering menjadi permasalahan bagi pengguna helm Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

di lapangan. Pengujian temperatur ini dilakukan pada kedua model helm komposit setelah diproduksi, sehingga yang diharapkan dari hasil pengujian ini akan menunjukkan adanya perbedaan temperatur, oleh karena bentuk model helm yang berbeda.

Titik pemasangan Termokopel Resin

Saluran Angin Kabel Penghubung

0

Termokopel

.

3.4.

Gambar 3.9 Pengukuran Temperatur Udara pada Helm

Pengujian Dinamik

Pengujian

dinamik

dengan

pembebanan

impak

kecepatan

tinggi

menggunakan alat uji KOMPAK. Pengujian ini dilakukan pada kedua model helm komposit dengan pemasangan strain gage arah: x dan y pada jarak 15 mm dan 30 mm dari titik pengimpakan, untuk mengetahui respon tegangan impak dan tegangan Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

insiden pada helm. Dalam hal ini sifat mekanik, geometri batang impak (striker), dan batang penerus (input bar) ditunjukkan pada Tabel 3.3. Tabel 3.3 Sifat Mekanik Batang striker dan Batang Penerus E (GPa)

ρ (kg/m3)

Co (m/s)

AA 2024 T3

73,1

2780

5128

Batang penerus (input bar) AA 2024 T3

73,1

2780

5128

Batang Uji Batang impak (Striker)

Material

3.4.1. Metode dan arah pengimpakan 1. Pengimpakan atas dan samping helm DSA (Gambar 3.11 s.d 3.12). 2. Pengimpakan atas dan samping helm TSA (Gambar 3.13 s. 3.14). Pada Spesimen posisi Strain Gage Arah : X 200 Striker L

200

Input bar 1500 mm

L = 500 mm Impak Atas

Gambar 3.10 Pengimpakan Atas Helm Dengan Saluran Angin (DSA) 200 Striker L

200

Input bar 1500 mm

L = 500 mm Impak Samping

Gambar 3.11 Pengimpakan Samping Helm Dengan Saluran Angin (DSA) Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Pada spesimen posisi Strain Gage arah Y 200 Striker L

200

Input bar 1500 mm

L = 500 mm

•

Im

Gambar 3.12 Pengimpakan Atas Helm Tanpa Saluran Angin.(TSA)

200 Striker L

200

Input bar 1500 mm

L = 500 mm Impak Samping

Gambar 3.13 Pengimpakan Samping Helm Tanpa Saluran Angin (TSA)

3.4.2. Set up alat uji KOMPAK

Konstruksi peralatan uji helm yang telah dimodifikasi ditunjukkan pada gambar 3.15. Komponen utamanya terdiri dari: unit kompresor, tangki udara, katup solenoid, barel, batang impak, batang penerus, rangka, tempat dudukan pipa dan helm serta pemegang helm. Di sini kompresor berfungsi untuk memampatkan udara bertekanan ke dalam tangki udara. Batang impak (striker) di tempatkan di dalam pipa barel yang bisa diatur jarak impaknya terhadap salah satu ujung batang penerus. Gambar 3.15 di bawah ini menunjukkan susunan batang impak, batang penerus, dan Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

spesimen. Batang-batang tersebut di susun kolineir satu sama lain adalah untuk mengetahui berapa besarnya beban impak yang dibangkitkan pada interface batang penerus dan batang spesimen. Dengan cara pengukuran langsung, tentu saja sangat sulit dilakukan. Dalam riset ini, pengukuran beban impak yang dibangkitkan pada lokasi impak dilakukan secara tidak langsung yaitu: dengan menggunakan strain

gage yang dilengketkan pada dua posisi di batang penerus (pada lokasi a dan b). Prinsipnya, gelombang tegangan yang melewati batang penerus

ditangkap oleh

strain gage a dan b. Selanjutnya dengan menggunakan sirkit jembatan Wheatstone (bridge box), dan signal conditioning, perubahan tahanan gage dirubah menjadi

voltase out put pada transient converter (atau osiloskop). Dalam penelitian ini menggunakan transient converter yang mampu mentransfer data dengan memakai

interface langsung ke unit komputer (PC). 200 spesimen helmet

200 batang impak

batang penerus

σL

σR 1100

a

b

c

1300

Gambar 3.14 Teknik Dua Gage pada Set up Uji Helm Dalam riset ini, perhitungan beban impak pada lokasi c (interface kedua batang yang bertumbukan) menggunakan teori propagasi tegangan dalam batang satu dimensi. Untuk keperluan ini, program aplikasi Excel digunakan untuk membaca data yang dikirim transient converter ke PC dan menghitung besarnya impak di lokasi c. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Menurut teori propagasi tegangan ., [9,10], gelombang tegangan di lokasi a ,b, dan c dapat dihitung sebagai berikut:

maka :

di mana :

σ b (t ) = σ L (t ) + σ R (t )

(3.1)

σ a (t ) = σ L (t − t1 ) + σ R (t + t1 )

(3.2)

σ C (t ) = σ L (t + t1 ) + σ R (t − t1 )

(3.3)

σ c (t ) = σ b (t + t1 ) + σ b (t − t1 ) − σ a (t )

t = waktu; t1 =

(3.4)

l0 C0

l 0 = Jarak lokasi strain gage a dan b C0 = kecepatan rambat gelombang dalam batang.

σ C = Tegangan insiden yang ditransmisikan ke dalam helm. σ L dan σ R adalah gelombang tegangan yang merambat dari kiri dan kanan batang penerus (input bar) pada waktu t. Selanjutnya, variasi beban impak dapat dilakukan dengan mengatur jarak impak (jarak antara ujung batang impak dan batang penerus). Beban impak juga dapat diperbesar, juga diperkecil, dengan mengatur besarnya tekanan udara dalam tabung

(air reservoir) menggunakan alat ukur

barometer, dan kontrol keluaran udara dengan katup selenoid, selanjutnya udara akan menekan batang impak (striker), batang

penerus (input bar), dan menumbuk

spesimen uji. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

2 3000 mm 3

4

5

4000 mm 6

7

8

9 13

10

1

14

12

Detail 8

11

000 V 1

000 V 1

Keterangan Gambar: 1. Kompresor.

8. Spesimen (helm), test rig.

2. Tangki Udara.

9. Strain gage.

3. Pressure Regulator

10. Bridge head.

4. Katup Selenoid.

11. Signal Conditioning.

5. Pipa Barrel.

12. Transient Conventer.

6. Batang Striker.

13. Personal Computer

7. Batang Input.

14. Interface Cable.

Gambar 3.15

Set up Alat Uji KOMPAK

Pengukuran pada input bar dengan menggunakan spesimen, dan strain gage a dan b terpasang pada input bar (Gambar 3.16) pada jarak 200 mm. Sedangkan

pengimpakan dilakukan pada kedua model helm yaitu: helm Dengan Saluran Angin (DSA), dan helm Tanpa Saluran Angin (TSA). Pengimpakan helm ini dilakukan pada bagian atas dan samping dengan posisi strain gage pada arah x dan y, seperti pada gambar 3.18, dan 3.19. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

1500 mm 1300 mm 500 mm

1100 mm

Input Bar

Striker

gage a

gage b

Gambar 3.16 Pengukuran Respon Batang Penerus tanpa Spesimen 1500 L

1300 1100

Strike

Input Bar

Spesimen

gage a gage b

(L= 50 cm)

a). Pengimpakan pada bagian atas helm dengan strain gage terpasang 1500 L

Spesimen

1300 1100

Input Bar

(L= 50 cm)

gage a gage b

b). Pengimpakan pada bagian samping helm dengan strain gage terpasangGambar 3.17 Pengimpakan Atas dan Samping Helm DSA


Spesimen h l t

1500 L

1300 1100

Strike

Input Bar

gage a gage b

(L= 50 cm)

a ). Pengimpakan bagian atas

1500 L

1300 1100

Strike

Input Bar

(L= 50 cm)

Spesimen

gage a gage b

b ). Pengimpakan bagian samping Gambar 3.18

Pengimpakan Atas dan Samping helm TSA

3.4.3. Penyelidikan Propagasi Tegangan pada Helm Komposit Dalam penelitian ini, peneliti akan menyelidiki terjadinya propagasi tegangan pada helm. Untuk keperluan ini, maka peneliti menyiapkan beberapa hal sebagai beriktu: 1. Pemasangan biaksial gage (pada arah: x dan y ) pada helm. Lokasi strain gage untuk pengimpakan arah bagian atas, maka strain gage dipasang berdekatan dengan lokasi impak yaitu pada bagian atas dari helm (gambar 3.20), demikian juga untuk pengimpakan arah samping (gambar 3.21, dan 3.22).


2. Uji impak dilakukan pada dua lokasi pengimpakan yaitu: atas, dan samping seperti diperlihatkan pada Gambar 3.18, dan 3.19. Dalam riset ini, pengujian impak pada helm dilakukan dalam dua arah pengukuran menggunakan biaksial gage arah: x dan y dengan jarak 15 mm dan 30 mm dari titik pengimpakan. Tabel 3.4 Spesifikasi Strain Gage Type Gage length/Gage resistance Gage factor

: : :

KFRP-2-120-C1-1 2 mm/ 120.0±0.2 ohm 1.98±1.0%

Sumber: Pusat Riset Impak dan Keretakan

Titik Impak

30

X

15

Y

Posisi Strain gage pada arah x

30

15

Gambar 3.19 Jarak dan Posisi Strain Gage Arah X. Pada Helm TSA

Gambar 3.20 Jarak dan Posisi Strain Gage Arah Y. Pada Helm TSA Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Gambar 3.21 Jarak dan Posisi Strain Gage Arah: X pada Helm DSA

Gambar 3.22 Jarak dan Posisi Strain Gage Arah: Y pada Helm DSA 3.5.

Redesain Gambar Model Konstruksi Helm Komposit Hasil Produksi menggunakan solidwork 2005

Redesain gambar model konstruksi helm komposit ini dilakukan setelah proses produksi (helm secara keseluruhan telah terbentuk). Hal ini didasari dari bentuk konstruksi helm standard yang digunakan sebagai cetakan helm komposit. Pada proses pencetakan helm komposit ini tidak seluruhnya penampang cetakan tersebut dapat digunakan untuk mendapatkan kontur helm secara keseluruhan, namun kontur yang diperlukan pada tahap pencetakan awal ini hanya untuk mencetak bentuk Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

cangkang (tempurung) helm saja. Sedangkan pencetakan tahap kedua adalah dengan membuat kerangka brim (cetakan bawah), untuk ini diperlukan desain alat cetakan

brim secara terpisah, agar kedua bagian helm tersebut dapat terbentuk dengan mudah. Selanjutnya kedua bagian helm ini digabungkan dengan cara menyambung pada kedua bagian ujungnya, sehingga menghasilkan sebuah produk helm komposit. Kedua bagian helm ini masing-masing memiliki kontur yang berfungsi sebagai tulangan, baik pada bagian atas maupun bagian bawah helm. Dari hasil produksi helm ini, selanjutnya peneliti melakukan pengukuran pada seluruh kontur penampang helm, dan dimensi-dimensi tersebut digunakan kembali untuk meredesain gambar model konstruksi helm komposit dengan menggunakan solidwork 2005, tujuannya adalah untuk memperjelas kontur, dan dimensi helm setelah diproduksi. Penelitian ini dimulai dari proses produksi, dan Variabel yang diamati dari beberapa pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Pembuatan helm dari material komposit polimer GFRP menggunakan cetakan helm standard dengan metode hand lay up. 2. Untuk mengetahui Sifat-sifat mekanik material komposit polimer GFRP sebagai material dasar helm dengan uji standard ASTM 638D. 3. Untuk mengetahui besarnya temperatur pada dinding bagian dalam dari kedua model helm ( helm TSA, dan DSA). 4. Untuk mengetahui kekuatan model helm TSA, dan DSA dengan pengujian impak pada bagian atas helm, dan samping secara langsung menggunakan teknik pengu Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

kuran dua gage. 5. Meredesain gambar model konstruksi helm hasil produksi, untuk meng klarifikasi bentuk model, kontur permukaan, dan dimensi helm secara keseluruhan sebagai verifikasi hasil desain dan pabrikasi. 3.6.

Kerangka Konsep Penelitian

Kerangka konsep penelitian seperti pada Gambar 3.23, menunjukkan tentang konsep pelaksanaan kegiatan penelitian yang berawal dari sebuah permasalahan, khususnya dalam bidang desain dan pabrikasi helm industri, dan menggunakan material komposit GFRP sebagai material dasar untuk pembuatan helm. Di samping itu, dengan melakukan berbagai pengujian untuk memperoleh data-data seperti: sifatsifat mekanik material komposit, pengukuran kekuatan, nilai ergonomik helm setelah diproduksi, dan meredesain untuk memperoleh

bentuk kontur helm setelah

diproduksi. Diharapkan helm komposit dari hasil produksi ini dapat menjamin keselamatan dan layak dalam penggunaannya di lapangan, sehingga dapat menghindari terjadinya kecelakaan yang akan mengakibatkan cedera kepala. Pada diagram alir penelitian (Gambar 3.24), menunjukkan langkah-langkah seperti: persiapan alat dan bahan, desain dan pabrikasi, sampai dengan pengolahan data, dan penyelesaian dari seluruh data hasil pengujian untuk mendapatkan sebuah kesimpulan akhir dari hasil penelitian ini. Dari beberapa pengujian telah yang dilakukan

pada

helm komposit, hasilnya akan dibandingkan dengan helm non

standard, helm standard yang dibuat dari bahan polimer biasa. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Permasalahan:

Uji Statik

- Desain &Pabrikasi Helmet Industri. - Material (GFRP).

Uji Dinamik

Uji Ergonomik

Pembuatan helm Komposit dengan Metode Hand lay-up: • Material helm Komposit. • Cetakan (helm standard). • Metode cetakan terpisah. • Dimensi helm standard. • Model helm dengan salu ran angin/ ventilasi. • Model helm tanpa Saluran angin.

Bentuk Pengujian: Uji Tarik Material helm (Ht- 9502 C.H.UTM). • Uji Temperatur udara pada helm dengan alat termokopel. -Pengujian respon batang input tanpa menggunakan spesimen (helm). -Pengujian Langsung pada helm dengan impak kecepatan tinggi (KOMPAK): • Dengan teknik pengukuran dua gage. • Jarak pengimpakan (ID). • Helm dengan saluran angin (DSA). • Helm tanpa saluran angin (TSA). • Respon tegangan impak dan tegangan insiden. •

Hasil yang akan diperoleh: • • • • •

Helm komposit hasil produksi. Sifat mekanik material. komposit polimer GFRP Temperatur udara pada helm Kekuatan helm komposit Redesain gambar desain model konst. Helm komposit.

Helm Industri Yang ergonomik

Gambar 3.23 Kerangka Konsep Penelitian Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Penelusuran literatur dan Penyusunan Proposal

Mulai

Pemeriksaan tersedianya Peralatan dan Bahan

Desain dan pabrikasi Helm Industri yang ergonomik

Uji Statik

Uji Dinamik

Uji Ergonomik

Verifikasi redesain gbr helm dgn solid work 2005

Pengolahan Data hasil Pengujian

Kesimpulan

Gambar 3.24 Diagram Alir Penelitian Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Selesai

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1.

Pendahuluan

Pada penelitian ini, model helm komposit yang diberi beban impak adalah mengikuti bentuk helm standard Australia EN 397. AS/NZS 1801.SS 98 yang digunakan sebagai acuan bentuk cetakan helm komposit. Struktur helm komposit dibuat dari bahan komposit Glass Fiber Reinforced Plastics (GFRP). Pemilihan bahan komposit polimer GFRP ini, ditinjau dari proses pembuatannya lebih mudah dibentuk sesuai dengan bentuk cetakannya, helm di cetak menggunakan metoda

hand lay up, dan sifat-sifat bahan komposit GFRP yang mudah dibentuk tidak memerlukan temperatur panas, dan tekanan pada proses pencetakannya. Penelitian ini untuk memberikan informasi tentang hasil desain model dan pabrikasi helm komposit

dengan metode hand lay up, pengujian statik, respon

tegangan pada input bar, tegangan insiden, dan respon tagangan pada helm di lokasi terdekat dengan titik pengimpakan pada jarak tertentu. Pengujian ini juga dilakukan untuk mengetahui kekuatan helm komposit hasil desain dengan model saluran angin (DSA), dan tanpa saluran angin (TSA), yang di bentuk pada

keempat sisi

dindingnya. Dari kedua model helm komposit tersebut, tentu memiliki kontur helm yang berbeda. Dari beberapa pengujian yang dilakukan, maka dapat diketahui pula perbedaan data hasil pengukuran yang diperoleh seperti: temperatur, dan berat helm itu sendiri, sehingga dapat diklasifikasikan untuk model helm yang ergonomik. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

62

Pengujian impak dilakukan untuk mendapatkan respon tegangan pada batang input dengan metoda dua gage, selanjutnya dilakukan pengujian langsung pada helm dengan strain gage terpasang pada arah: x dan y. Dari hasil pengujian helm langsung ini, akan menampilkan karakteristik gelombang tegangan melalui grafik hasil pengukuran data uji yang menggunakan excel, hal ini untuk mengetahui seberapa besar respon tegangan impak dan tegangan insiden pada helm dengan variasi jarak impak yaitu: 40 mm s.d 120 mm dan 40 s.d 100 mm. Pada pengujian ergonomik dilakukan dengan mengenakan helm langsung selama 60 menit.di lapangan terbuka pada siang hari, dan kondisi cuaca cerah. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui data hasil pengukuran temperatur udara yang bersirkulasi pada bagian dalam dinding helm dengan model saluran angin (DSA) maupun tanpa saluran angin (TSA) terhadap udara di sekitarnya dengan menggunakan alat termokopel. 4.2.

Desain dan Pabrikasi Helm Komposit

Pembuatan helm komposit dilakukan dengan proses pencetakan yang menggunakan cetakan helm standard dengan metode hand lay up. Untuk memudahkan pelaksanaan proses pembuatan helm komposit tersebut adalah dengan menggunakan dua bentuk cetakan secara terpisah yaitu: (1). Bentuk cangkang bagian atas. (2) bentuk kerangka bagian bawah (brim) yang didesain dan dibuat dari material plat setebal 2 mm. Sebelum dilakukan proses pencetakan helm komposit tersebut, awalnya dilakukan dengan memotong bentuk cangkang digunakan sebagai alat cetakan bagian atas,

helm standard yang

untuk mendapatkan


kontur atas

cangkang helm. Sedangkan kerangka bagian bawah helm dicetak secara terpisah. Kedua bagian helm tersebut dicetak dengan susunan dua lapis serat E-glass, selanjutnya

bagian helm yang telah di cetak dikeringkan atau di jemur pada

temperatur kamar selama 12 jam. Setelah proses pengeringan, maka kedua bagian helm tersebut masing-masing dibuka dari cetakan. Sebelum dilakukan proses penyambungan, terlebih dahulu dilakukan perataan atau merapikan kedua bagian ujung yang akan disambung dengan menggunakan mesin grinda tangan. Dari hasil penyambungan kedua bagian tersebut, maka terbentuklah helm komposit. Setelah itu dilanjutkan pada pembuatan model helm dengan membentuk saluran angin yang berukuran 40 x 4 mm pada keempat sisi dinding helm tersebut, untuk memenuhi sebuah bentuk model helm industri yang ergonomik sesuai dengan yang direncanakan. Gambar 4.1 berikut ini adalah menunjukkan bentuk konstruksi helm komposit setelah tersambung dari kedua bagian yang dicetak secara terpisah.

Daerah Sambungan

a). Tampak Samping

Brim

b). Tampak Atas

Gambar 4.1 Bentuk konstruksi helm setelah tersambung Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Cangkang

a). Model Helm Tanpa Saluran Angin (TSA)

c). Penampang Helm Bagian dalam dengan tali jaringan

b). Model Helm Dengan Saluran Angin (DSA)

d). Model Helm setelah Pewarnaan

Gambar 4.2 Helm Komposit Hasil Produksi Setelah proses pencetakan helm, selanjutnya dilakukan pembentukan saluran angin (wind channel) pada keempat sisi dinding helm yang dikerjakan dengan menggunakan mesin grinda tangan (hand grinding) dan kikir halus, hingga saluran angin tersebut terbentuk sesuai desain bentuk model helm yang di inginkan seperti pada gambar 4.2 b di atas. Selanjutnya helm diberi warna dengan proses pengecatan (gambar 4.2 d) dengan mencampurkan bahan pewarna pada resin polyester sebelum dilakukan proses pencetakan. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

4.3.

Pengujian Statik

Pada pengujian statik ini, dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat mekanik material komposit polimer GFRP dengan bentuk spesimen uji menurut standard

ASTM 638 D. Dari hasil pengujian ini, untuk harga modulus elastisitas (E) spesimen diperoleh berdasarkan pembacaan pada gambar 4.3 yaitu hubungan beban F dan pertambahan panjang Δl . Gaya F yang dihasilkan diubah ke bentuk tegangan, dengan cara membagi gaya F dengan luas penampang A pada daerah pengukuran. Sementara regangan yang terjadi diperoleh dengan cara membagi Δl dengan panjang daerah pengukuran l. Tegangan tarik maksimum yang diperoleh dari pembacaan grafik (Gambar 4.3) merupakan nilai tertinggi pada pengujian yaitu sumbu Y (stress) menunjukkan ( σ max ) = 277 MPa. Dari tiga kali pengujian dapat diketahui harga rata-rata kekuatan tarik adalah: 401,3 MPa, dan modulus elastisitas material helm komposit GFRP (E) sebesar 782 MPa = 0,782 GPa, dan elongation 51,33%. Variasi data hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.1. Dari hasil pengujian statik, harga rata-rata modulus elastisitas diperoleh sebesar (E) = 782 MPa = 0,782 GPa. Harga modulus elastisitas (E) sebagai material dasar pembuatan helm komposit ini dibandingkan dengan material dasar helm non standard yang dibuat dari material PE, PP, dan helm

standard dari material PE, PP, dan ABS. Untuk ini diambil perbandingan dari salah satu jenis material tersebut yaitu helm non standard dari material polimer biasa (PE) memiliki harga modulus elasitisitas (E) sebesar 522 Mpa. Dari perbandingan harga Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

(E) tersebut, ternyata helm komposit memiliki harga (E)

jauh lebih besar

dibandingkan dengan helm non standard. Berikut ini ditunjukkan gambar grafik hasil pengujian statik menggunakan spesimen uji menurut standard ASTM 638 D dengan alat uji HT 9502 Computer

σ

Hidrolic Universal Testing Machine.

ε

Gambar 4.3 Tipikal Grafik Tegangan Vs Regangan Spesimen Komposit Dari pembacaan grafik hasil uji tarik (Gambar 4.3) di atas, maka didapatkan harga modulus elastisitas (E) material komposit polimer GFRP seperti ditunjukkan pada tabel 4.1. berikut ini. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Tabel 4.1 Hasil Uji Tarik Spesimen Komposit GFRP No.

Kekuatan Tarik (Mpa)

Modulus Elastisitas (Mpa)

1.

349,33

680,56

2.

436,36

850,1

3.

418,2

814,73

Rata-Rata

401,3

782

Sumber: Hasil Penelitian 4.4.

Pengukuran Temperatur Udara pada bagian dalam dinding Helm

Pengujian ergonomik ini dilakukan dengan cara mengenakan helm secara langsung dalam kondisi cuaca cerah pada temperatur udara terbuka: 310C s.d 330C, kelembaban relatif

54 s.d 95%, dan kecepatan angin rata-rata 2 s.d 5 m/det

(Lampiran 1,sumber data BMG- Medan, April 2006). Pengujian ini adalah untuk mengetahui besar temperatur udara yang

terakumulasi di bagian dalam dinding

helm, yang bersirkulasi melalui saluran angin terhadap udara di sekitarnya. Pengujian ergonomik dilakukan pada kedua model helm yaitu: (1). Helm tanpa saluran angin (TSA), dan (2). Helm dengan saluran angin (DSA). Pengujian ergonomik dilakukan pada kedua model helm, dengan mengukur temperatur udara pada permukaan dinding helm bagian dalam, dan hasil pengukuran akan di bandingkan. Dari hasil pengukuran temperatur udara pada model helm tanpa saluran angin (TSA) diketahui temperaturnya = 39 0C lebih tinggi dibandingkan dengan model helm yang menggunakan saluran angin (DSA) sebesar 33,16 0C. Datadata hasil pengukuran tersebut dapat dilihat pada tabel 4.2 dan 4.3 berikut ini. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Temperatur Udara pada Helm TSA Titik Pengukuran

Waktu Pengukuran

Pembacaan Temperatur Udara

1.

38

2.

38

3.

40

4.

Gambar 4.4 Model helm TSA

60

40

5.

39

6.

39

Temperatur rata-rata

:

39

Sumber: Hasil Penelitian

Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Temperatur Udara pada helm (DSA) Titik Pengukuran

Waktu Pengukuran

4.

31

5.

33

6.

36

4.

Gambar 4.5 Model Helm DSA

Pembacaan Temperatur Udara

60

31

5.

36

6.

32

Temperatur rata-rata

: 33,16


Pada pengujian ergonomik,

pengukuran temperatur udara pada helm

dilakukan selama 60 menit adalah kondisi yang paling optimum bagi pengguna helm di lapangan. Jadi dari data hasil pengukuran temperatur udara pada kedua model helm tersebut (lihat tabel 4.2 dan tabel 4.3) menunjukkan adanya perbedaan yang signifikan. Dalam penelitian ini, hasil desain model konstruksi helm industri dari bahan komposit polimer

GFRP, untuk model helm (DSA) menunjukkan

temperatur hasil pengukuran pada dinding bagian dalam adalah sebesar 33,160C Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

yang berarti sama dengan temperatur udara di sekitarnya sebesar 330C. Dari data hasil pengukuran ini merupakan data yang telah diketahui untuk memenuhi salah satu persyaratan helm industri yang ergonomik. Berikut ini adalah data hasil pengujian ergonomik seperti pada tabel 4.4. Tabel 4.4. Hasil Pengujian Helm Ergonomik No.

Model Helm

1. Model Helm Dengan Saluran Angin (DSA) 2. Model Helm Tanpa Saluran Angin (TSA)

Material

Komposit polimer

Berat Helm (gram)

Temperatur Udara (0C)

365

33,16

385

39

GFRP Komposit polimer GFRP


Untuk pengukuran berat helm juga dilakukan dengan menggunakan alat timbangan Digital SAUTER D-7470 west germany, type EB 60 dengan ketelitian 0,001. Hasil pengukuran berat helm seperti pada tabel 4.4 di atas, dan menunjukkan perbedaan berat dari kedua model helm tersebut, dengan selisih berat yaitu sebesar: 385 – 365 = 20 gram. Perbedaaan ini oleh karena adanya perubahan kontur pada permukaan dinding helm yang didesain, dengan bentuk model saluran angin pada ke empat sisi dinding yang berlubang yaitu model helm DSA (no.1). Jadi dari hasil pengukuran berat

model helm (DSA) adalah 365 gram, jauh lebih ringan

dibandingkan dengan helm TSA yang beratnya 385 gram. Dalam hal ini tentu ada pengaruh terhadap proses pembentukan saluran angin pada ke empat sisi dinding Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

helm tersebut, karena terjadi pembuangan atau pengurangan material pada masingmasing permukaan dinding helm yaitu sebesar lubang saluran angin yang berukuran 40 x 4 mm sebanyak 4 buah. Pada pengujian ergonomik, pengukuran berat helm juga dilakukan pada helm standard dari jenis polimer: Polyethylene (PE), Polypropylene, dan

Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS), yang digunakan sebagai alat cetakan helm komposit, dan dari hasil pengukuran beratnya dapat dibandingkan. Dari pengukuran berat helm standard diketahui seberat 290 gram, sedangkan berat helm komposit adalah 365 gram. Jadi perbandingan berat helm standard dengan helm komposit memiliki selisih berat sebesar 365 gram – 290 gram = 75 gram. Perbedaan berat dari kedua jenis helm ini

disebabkan dari beberapa faktor perbedaan yaitu:

komposisi material, dan proses pembuatannya. Dalam penelitian ini proses pembuatan helm komposit adalah menggunakan

metode hand lay up, sehingga pengaruh tebal dinding helm komposit yang tidak merata, terutama pada kontur tulangan bagian atas, terjadi penumpukan cairan resin yang lebih tebal pada permukaan cetakan bagian bawah yang tidak dapat dihindari. Hal inidisebabkan karena letak cetakan helm pada posisi terlentang ke atas, dan pada pelapisan matrik dan serat disusun secara bertahap, sehingga sebelum cairan resin di dalam cetakan tersebut mengering, cairan resin cenderung mengalir turun

ke

permukaan cetakan yang lebih rendah (bagian bawah cetakan), dan akibatnya terjadi penumpukan resin yang lebih tebal pada daerah bagian bawah cetakan. Berat helm Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

juga dipengaruhi pada daerah sambungan antara cangkang dengan kerangka bawah (brim), sehingga hasil pencetakan menyebabkan helm komposit lebih berat dari helm

standard. 4.5.

Pengujian Kekuatan Helm Komposit dengan Beban Impak

4.5.1. Pengukuran respon batang penerus (batang input) Batang penerus (input bar) yang digunakan pada set up alat uji KOMPAK ini terdiri dari bahan aluminium paduan AA 2024 T3. Uji respon batang input tanpa helm terpasang, bertujuan untuk mengetahui respon batang penerus terhadap beban impak menggunakan tekanan udara konstan 0,4 MPa, dan jarak impak yang divariasikan, mulai dari 40 mm s.d 200 mm dapat diketahui tegangan impak yang diterima oleh batang penerus (input bar).

Gambar 4.6 dan 4.7 adalah hasil pengukuran respon tegangan pada batang penerus tanpa spesimen (uji kosong). Dari masing-masing gambar grafik terlihat bahwa kenaikan jarak impak akan menyebabkan kenaikan amplitudo tegangan, tetapi hal ini tidak mengubah harga-harga waktu yang diperoleh, seperti: waktu impak, waktu mencapai puncak gelombang, waktu untuk satu gelombang penuh, waktu antara setengah gelombang, dan waktu untuk setengah gelombang. Besarnya tegangan yang dihasilkan untuk masing-masing jarak impak pada pengujian respon batang penerus tanpa spesimen ditunjukkan pada Tabel 4.5. Dari data hasil pengukuran pada Tabel 4.5 adalah menggambarkan bentuk grafik dengan variasi jarak impak pada batang penerus. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

30

ID ID ID ID ID ID ID ID ID

Tegangan (Mpa)

20 10

0 250

350

450

550

40 60 80 100 120 140 160 180 200

650

-10 Batang Striker

SGA

Batang Input

-20

-30 Waktu (μ s)

Gambar 4.6 Respon Batang Penerus pada lokasi Strain Gage a untuk berbagai variasi jarak impak dengan tekanan udara 0,4 MPa

50 ID ID ID ID ID ID ID ID ID

40 30 Tegangan(Mpa)

20 10 0 230 -10 -20 -30

330 Bat ang St riker

430 SGB

530

40 60 80 100 120 140 160 180 200

630

Bat ang Input

-40 -50 Waktu (μ s)

Gambar 4.7 Respon Batang Penerus pada lokasi Strain Gage b untuk berbagai variasi jarak impak dengan tekanan udara 0,4 MPa

Gambar 4.6 dan 4.7 memberikan informasi, untuk mengetahui besarnya respon tegangan yang dihasilkan dari pengimpakan ini, dengan variasi jarak impak: Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

40 mm s.d 200 mm menunjukkan semakin besarnya respon tegangan. Jadi kenaikan respon tegangan yang diterima oleh gage a dan gage b seiring dengan bertambah besarnya jarak impak atau dapat di informasikan bahwa selisih tegangan yang diterima oleh gage a dan gage b bertambah besar dengan bertambah jauhnya jarak impak. Tabel 4.5 Respon Batang Penerus pada lokasi Gage a dan b Tegangan Impak (MPa ID (mm)

Gage a

Gage b

Selisih a-b

40 60 80 100 120 140 160 180 200

362 362 362 362 362 363 364 365 366

324 326 328 331 333 335 336 337 339

38 36 34 31 29 28 28 28 27

Sumber: Hasil Penelitian 4.5.2. Pengukuran Respon Helm secara Langsung Dalam riset ini, pengukuran respon helm akibat beban impak dilakukan dengan menggunakan strain gage rossete, dan hanya menggunakan dua arah pengukuran, yaitu pada arah: x dan y dengan jarak 15 mm dan 30 mm dari titik pengimpakan. Spesifikasi strain gage rosette diperlihatkan dalam Tabel 4.6. Letak dan posisi

pemasangan strain gage pada spesimen seperti pada Gambar 4.8.

Respon tegangan yang diukur adalah tegangan yang diterima helm akibat beban impak. Beban impak diberikan dengan tekanan udara dari kompresor pada tekanan: Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

0,4 MPa. Jarak impak dibuat bervariasi, dimulai dari jarak 40 mm s.d jarak 120 mm yang akan mengakibatkan kegagalan pada helm. 4.5.2.1. Pengimpakan atas helm TSA dengan strain gage arah: X

Striker 500 mm

Input Bar

30

15

Strain gage Arah: X

1500

Gambar 4.8 Pengujian Langsung pada Helm 4.5.2.2. Respon Tegangan Impak dan Tegangan Insiden pada: ID = 60 mm, dan Strain Gage arah: X Dalam pengujian ini menggunakan teknik pengukuran dua gage untuk mengukur respon helm terhadap beban impak. Respon tersebut dapat di artikan sebagai ketahanan helm untuk mendukung respon gelombang tegangan impak yang masuk ke lokasi impak melewati ujung input bar. Respon helm berbeda, tergantung dari lokasi impak, intensitas beban, dan geometri ujung input bar yang bersentuhan langsung dengan permukaan helm. Dari grafik menunjukkan bahwa intensitas tegangan insiden (Gambar 4.9 b) tergantung pada tegangan impak (Gambar 4.9 a) yang dihitung dari hasil pengukuran pada lokasi a dan b. Intensitas tegangan impak tergantung kepada kecepatan luncur batang striker dan sifat-sifat mekanik kedua batang impak dan batang penerus. Pada tekanan 0,4 MPa, jarak impak (ID) = 60 mm, dan strain gage arah: X pada jarak = 15 Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

mm diperoleh tegangan impak pada lokasi a sebesar 64,43 MPa. Sedangkan besarnya tegangan yang dapat ditransmisikan ke dalam helm (tegangan insiden) hanya sebesar 24,50 MPa. Di sini, terlihat bahwa ada pengaruh faktor transmisi tegangan. Konfigurasi tegangan insiden akibat ujung rata dengan diameter input bar 20 mm, dan panjangnya 1500 mm memberikan beberapa informasi, antara lain adalah waktu impak untuk jarak 60 mm, (ti) = berkisar 150 μs. Waktu impak ini tergantung pada ukuran batang impak yang digunakan. Dalam penelitian ini digunakan batang impak yang panjangnya 500 mm, batang penerus 1500 mm, jarak strain gage a, dan b 200 mm.

200

200

P = 0,4 Mpa

Striker

Input Bar

500 mm

1500

a

c

b

60

100

64.43

40

24.50

b

20

0

Stress (MPa)

Tegangan (MPa)

50

0

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

a 0

50

c 100

150

f 200

250

300

-20

-50 -40

-100

-60

ti Tim e (μs)

d

Waktu (μs)

a).

b).

Gambar 4.9 Tipikal Tegangan Impak dan Insiden (P = 0,4 MPa, ID = 60 mm) Tegangan insiden adalah besarnya respon tegangan yang masuk (diserap) ke helm melalui interface batang penerus tergantung pada variasi jarak pengimpakan. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Semakin besar jarak impak, maka dari grafik memperlihatkan semakin besar pula respon tegangan insiden seperti pada grafik (Gambar 4.9b). Hal ini pada prinsipnya sama dengan karakteristik gelombang tegangan impak pada batang, semakin besar jarak impak, maka grafik menunjukkan semakin besar pula gelombang tegangan impak yang terjadi seperti terlihat pada grafik (Gambar 4.6, dan 4.7). a). Karakteristik pengukuran respon gelombang tegangan lewat strain gage: a Sg. a

Sg.b

100

64.43 b b‘ c

Tegangan (MPa)

50

TeganganTarik

TeganganTekan a

a‘

0 0

200

400

600

d

‘ 800 c 1000

-50

f‘

d‘

1200

e‘

g

1400

1600

f

-100 Waktu (μs)

Gambar 4.10

Respon Tegangan Impak vs Waktu SG. = 15 mm, Arah: X), Pada (ID = 40 dan 120 mm) (Impak Atas Helm TSA), P = 0,4 MPa

Pengimpakan dari batang impak (striker) yang diberikan tekanan udara sebesar 0,4 MPa ke batang input melalui interface, maka timbul gelombang tegangan impak pada batang input sebesar ( σ imp. ) = 64,43 MPa, insiden stress( σ ins ) = 24,50 MPa. Gelombang tegangan yang terjadi pada ujung batang penerus tersebut


dirambatkan sampai ke ujung batasnya sepanjang (L) dalam waktu (t), dan gelombang ini terekam oleh semi conductor strain gage a

b dengan jarak (ℓo)

sebagai gelombang tegangan tekan satu dimensi (a b) dalam waktu (t), dan setelah mencapai ujung batas batang penerus (L) rambat gelombang tegangan tersebut diteruskan ke spesimen melalui interface batang penerus, hingga ujung batas spesimen (antara permukaan spesimen dan batang input) sejauh (b c) dalam waktu t + t1. Disini terjadi penundaan waktu (time delay) pada interface akibat dari tegangan

impak batang penerus ke spesimen, sehingga sebagian gelombang tegangan masuk ke spesimen, dan sebagian lagi direfleksikan kembali ke batang input melalui

interface. Selanjutnya rambat gelombang tegangan pada batang input tersebut kembali melewati semi conductor strain gage (b terekam sebagai gelombang tegangan tarik (c

a) yang berjarak (ℓo), dan

d) dalam waktu t, dan selanjutnya

gelombang tegangan dirambatkan sampai ke ujung batang penerus, hingga mencapai ujung batasnya, melalui interface (d

e) gelombang tegangan tersebut sebagian

masuk ke batang striker, dan sebagian lagi ditransmisikan kembali dan melewati semi

conductor strain gage (a

b) adalah sebagai gelombang tegangan tekan, dengan

propagasi gelombang tegangan yang sama seperti diatas terus berlanjut secara berulang. Dari Gambar Grafik di atas terlihat bahwa batang penerus telah memberi respon terhadap beban impak yang diberikan. Hal ini menunjukkan adanya gelombang tegangan tarik yang merambat ke batang impak (striker) dan telah ditransmisikan kembali melalui interface ke batang penerus sebesar (d

e) dalam

waktu (t - t1), kemudian rambat gelombang tegangan dari interface ke ujung batang Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

diteruskan dan melewati semi conductor strain gage (a

b) adalah sebagai

gelombang tegangan tekan kembali. b).

Pengukuran gelombang tegangan impak lewat strain gage: b Dari impak (batang striker) yang diberikan ke batang penerus (input bar)

melalui interface, maka timbul gelombang tegangan disepanjang (L) batang penerus. Dengan cara pembacaan yang sama grafik pada pengukuran strain gage a, (Gambar 4.9 a), maka gelombang tagangan yang terjadi pada batang penerus diteruskan ke spesimen adalah dari titik (a´- b´) dalam waktu (t – t1), tertangkap oleh semi conductor strain gage (a

gelombang tegangan ini

b) sebagai gelombang tegangan

tekan, dan setelah mencapai ujung batas batang penerus gelombang tegangan ini direfleksikan kembali melewati semi conductor strain gage (b

a) dan terekam

sebagai gelombang tegangan tarik (b´- c´). Selanjutnya melalui interface spesimen ke batang penerus terjadi penundaan waktu (time delay) selama waktu (c´- d´), dan rambat gelombang tegangan ini diteruskan sampai ke ujung batas batang penerus, setelah mencapai ujung batas batang penerus gelombang tegangan ini direfleksikan melalui interface batang impak ke batang penerus, dan kembali melewati semi conductor strain gage (a b) sebagai gelombang tegangan tekan, dan hal yang sama seterusnya gelombang tegangan berpropagasi secara berulang. c). Pengukuran respon tegangan insiden pada helm Pengukuran kekuatan pada lokasi impak (batang input dan helm) berdasarkan pada teori rambat gelombang elastis satu dimensi. Pada Gambar 4.9 b menunjukkan Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

tegangan insiden, yaitu tegangan yang berpropagasi ke dalam helm dengan amplitudo sebesar ( σ in ) = 24,50 Mpa. Pungukuran tegangan insiden (yaitu tegangan yang masuk kedalam helm) dengan memasang semi conductor strain gage a pada jarak 15 mm, dan semi conductor strain gege b yang berjarak 30 mm dari titik pengimpakan. Dari pengimpakan batang impak melalui interface batang penerus, rambat gelombang tegangan yang ditransmisikan ke batang penerus dan diteruskan ke spesimen melalui

interface spesimen, sehingga gelombang tegangan yang masuk ke spesimen terukur melewati semi conductor strain gage (a

b) yang berjarak 15 mm dari titik impak

terpasang pada spesimen, dan dalam waktu (t ) adalah sebesar ( σ in ) = 24,50 MPa, sebagai gelombang tegangan tekan satu dimensi (a

b), setelah mencapai ujung

batang penerus, sebagian gelombang tegangan tekan ini diteruskan ke spesimen dan sebagian akan direfleksikan sebagai gelombang tegangan tarik menuju interface batang impak dan batang input dan tertangkap oleh strain gage b dan a sejauh (b- c). Pada saat yang sama setelah impak, pada batang impak juga merambat gelombang tagangan tekan dari interface menuju ujung bebasnya. Setelah mencapai ujung bebasnya, gelombang tegangan ini direfleksikan menuju interface dan diteruskan ke batang penerus. Pada saat menuju ujung batang penerus, gelombang tegangan tersebut akan tertangkap oleh strain gage a b sebagai gelombang tegangan tarik satu dimensi sebesar (c d). Setelah mencapai ujung batang penerus, gelombang tegangan ini sebagian diteruskan ke spesimen dan sebagian kembali menuju interface batang penerus dan batang impak dan terekam oleh strain gage b dan a sebagai


gelombang tegangan tekan sebesar (d f). Jadi besar gelombang tegangan tarik yang merambat ke batang impak ditransmisikan kembali ke batang penerus (input bar), dan diteruskan ke spesimen. Kondisi ini sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti: sifat-sifat mekanis material batang uji, ukuran panjang batang uji, dan jenis material spesimen yang akan di uji. Ketiga hal tersebut harus dipertimbangankan, agar data hasil pengujian yang didapatkan terukur dengan baik. 4.5.2.3. Respon tegangan impak atas helm tanpa saluran angin (TSA), pada ID = 40 mm, dan ID = 120 mm, SG. arah: X

P : 0,4 MPa

Striker

Input Bar

Impact distance: 40 mm dan 120

18 ID 40 ID 120

12

Stress (MPa)

6

0 0

1000

2000

3000

4000

-6

-12

-10.96 -18 Waktu (us)

Gambar 4.11

Respon Tegangan impak Vs Waktu (SG.X:15 mm), Imp.atas,TSA


18 ID 40 ID 120

12

5.89 Stress (MPa)

6

0 0

1000

2000

3000

4000

-6

-12

-18 Waktu (us)

Gambar 4.12 Respon Tegangan Impak Vs Waktu (SG.X:30 mm), Imp.atas, TSA 4.5.2.4. Respon impak atas helm dengan saluran angin (DSA), pada ID = 40 mm dan ID = 120 mm, SG. arah: X

25 ID 40 ID 120

Stress (MPa)

15

5

-5

0

1000

2000

3000

4000

-15

-21.61

-25 Waktu (us)

Gambar 4.13 Respon Tegangan Impak Vs Waktu (SG.X:15 mm), Imp.atas, DSA Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

25 ID 120 ID 40

Stress (MPa)

15

5

-5

0

1000

2000

3000

4000

-11.02

-15

-25 Waktu (us)

Gambar 4.14 Respon Tegangan Impak Vs Waktu (SG.X:30 mm),Imp.atas, DSA 4.5.3.

Pengimpakan samping helm TSA dengan Strain gage arah: X

4.5.3.1. Respon impak samping helm tanpa saluran angin (TSA), pada ID = 40 mm dan ID = 100 mm, SG.arah: X

10 ID 40 ID 100

Stress (MPa)

5

0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

-5

-6.61 -10 Waktu (us)

Gambar 4.15 Respon Tegangan Impak Vs Waktu (SG.X:15 mm), Imp.samp. TSA Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

10 ID 40

6.00

ID 100

Stress (MPa)

5

0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

-5

-10 Waktu (us)

Gambar 4.16 Respon Tegangan Impak Vs Waktu (SG.X:30 mm), Imp.samp.TSA 4.5.3.2. Respon impak samping helm dengan saluran angin (DSA), pada ID = 40 mm dan ID = 100 mm, SG.arah: X

10 ID 40 ID 100

Stress (MPa)

5

0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

-5

-4.24

-10 Waktu (us)

Gambar 4.17 Respon Tegangan Impak Vs Waktu (SG.X:15 mm), Imp.samp.DSA Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

10 ID 40 ID 100

4.64

Stress (MPa)

5

0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

-5

-10 Waktu (us)

Gambar 4.18 Respon Tegangan Impak Vs Waktu (SG.X:30 mm),Imp.samp.DSA 4.5.4. Pengimpakan atas helm TSA dengan strain gage arah: Y Pengimpakan atas pada helm seperti ditunjukkan pada Gambar 4.19 menggunakan metoda dua gage dengan berbagai variasi jarak impak (ID). Gambar 4.20,dan 4.21 menunjukkan tegangan impak dan tegangan insiden (yaitu tegangan yang masuk ke dalam helm) dengan tekanan 0,4 MPa masing-masing pada jarak impak 60 mm dan 140 mm. Sedangkan Gambar 4.22 merupakan grafik gabungan respon tegangan insiden. Dari gabungan kedua grafik tersebut (Gambar 4.22) menunjukkan semakin besar jarak impak, maka semakin besar pula respon tegangan impak dan tegangan insiden yang diterima helm. Berikut ini ditunjukkan data-data hasil pengukuran dengan jarak impak yang bervariasi menunjukkan besarnya respon tegangan impak dan tegangan insiden seperti terlihat pada Tabel 4.7. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Tabel 4.6 Hasil perhitungan Tegangan Impak dan Tegangan Insiden pada berbagai variasi (ID) : 60 mm s.d 140 mm ID

Tegangan Impak

Tegangan Insiden

Faktor Transmisi

(mm)

(MPa)

(MPa)

(α) %

60

67,77

26,28

38,78

80

73,81

28,76

38,96

100

78,53

31,07

39,56

120

86,37

33,56

38,85

140

91,89

36,80

40,04

Rata-Rata

79,67

31,29

39,24


Konfigurasi tegangan insiden dapat ditunjukkan pada Gambar 4.22. Dari bentuk gelombang tegangan tersebut memberikan beberapa informasi penting, antara lain : waktu impak untuk jarak 60 mm dan 140 mm sebesar (ti) = 300 μs. Waktu impak ini tergantung pada ukuran panjang batang impak yang digunakan. Semakin pendek batang impak yang digunakan waktu impak akan semakin kecil.

200

Striker

200

Input Bar Gage a Gage b

500 mm

1500 mm

Gambar 4.19. Impak Atas Helm TSA dengan Strain Gage arah: Y Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

P : 0,4 MPa

Striker

Input Bar

Impact distance: 60 mm

50

100

67.77099378

40

Insiden Stress (M Pa)

Tegangan im pak (M Pa)

75 50 25 0 750

1250

1750

-25 -50

26.28

30 20 10 0

100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340

-75

-10

-100

-20

ti Time (μs)

Waktu (μs)

Gambar 4.20. Tegangan Impak dan Tegangan Insiden (P=0,4 MPa; ID: 60mm), Strain Gage arah: Y P : 0,4 MPa

Striker

Input Bar

Impact distance : 140mm 91.89524578

100

50

50 25 0 0

500

1000

-25 -50

1500

Insiden Stress (MPa)

Tegangan impak (MPa)

36.80

40

75

30 20 10 0 100

-10

-75

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

340

ti

-20

-100

Waktu (μs)

Time (μs)

Gambar 4.21. Tegangan Impak dan Tegangan Insiden (P = 0,4 MPa; ID: 140mm)


80 60 Tengangan (MPa)

ID60=26.28 40

ID140=36.80

20 ID=60

0 -20

0

200

400

600

800

ID=140

-40 -60 -80 Waktu (μs)

Gambar 4.22. Grafik Gabungan Respon Tegangan Insiden Bentuk grafik (Gambar 4.22) di atas, menunjukkan besar respon tegangan insiden dari pengujian model helm TSA, pada jarak impak (ID) 60 s.d (ID) 140 mm. Penjalaran gelombang tegangan yang terjadi berbentuk amplitudo dan searah dengan sumbu batang uji. Tegangan impak pada (ID) = 60 mm sebesar 67,77 MPa, dan tegangan insiden sebesar 26,28 MPa, sedangkan pada (ID) = 140 mm, diperoleh tegangan impak sebesar 91,89 MPa dan tegangan insiden sebesar 36,80 MPa. Jadi semakin besar jarak impak (ID), maka semakin besar pula tegangan impak dan tegangan insiden pada helm. Pada kondisi ini permukaan helm belum menunjukkan kerusakan, tetapi pada bagian dalam helm sudah memperlihatkan perubahan warna

whitening zone di bawah lokasi titik impak. Dari hasil perhitungan tegangan impak dan tegangan insiden pada berbagai variasi jarak impak dapat dilihat bahwa rata-rata Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

faktor transmisi sebesar 39,24%. Hal ini menunjukkan bahwa tegangan yang masuk ke helm komposit sangat besar, artinya tegangan impak mampu diredam. 4.5.5.

Pengimpakan samping helm TSA, dengan Strain Gage arah: Y

Strain Gage terpasang pada Arah : Y Dan Arah Pengimpakan Samping. Titik

Gambar 4.23. Impak Samping Helm TSA dengan Strain Gage Arah: Y

Pengukuran respon tegangan impak pada helm dari arah samping ditunjukkan pada Gambar 4.24. Pada pengujian ini, pengukuran yang dilakukan mulai pada jarak impak (ID) = 60 s.d 120 mm, dengan tekanan 0,4 MPa. Gambar 4.24 dan 4.25 masing-masing memperlihatkan tegangan impak dan tegangan insiden, dan menunjukkan besar respon tegangan impak yang ditransmisikan ke helm sebesar 42,45 MPa, dan tegangan insiden pada helm sebesar 16,15 MPa pada (ID) = 60 mm, pada (ID) = 120 mm, respon tegangan impak yang di transmisikan sebesar 65,72, MPa, dan tegangan insiden pada helm sebesar 26,02 MPa. Pada kondisi ini helm sudah menunjukkan whitening zone. Berikut ini data hasil pengukuran yang ditabulasikan pada Tabel 4.8. Faktor transmisi dari berbagai variasi (ID) sebesar 38,75%, hal ini menunjukkan helm komposit lebih besar meredam tegangan yang masuk akibat beban impak kecepatan tinggi. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Pada pengujian impak bagian atas helm, menunjukkan besar faktor transmisi yang hampir sama, hal ini menunjukkan bahwa semua bagian permukaan helm akan meredam tegangan yang diterima sebesar 60%. Respon tegangan insiden yang diperoleh ini, juga

menunjukkan kemampuan helm komposit untuk menahan

tumbukan beban impak, sehingga pada jarak impak (ID) sebesar 140 mm, dan strain

gage pada 15 mm dari titik pengimpakan, pada permukaan dinding helm yang terkena impak hanya menunjukkan whitening zone. Kondisi ini menunjukkan telah terjadi perambatan gelombang tegangan yang menembus lapisan matrik, dan gelombang tegangan tersebut akan diteruskan ke lapisan serat penguat yang pertama. Tabel 4.7. Hasil perhitungan Tegangan Impak dan Tegangan Insiden pada berbagai variasi (ID) : 60 mm s.d 120 mm ID

Tegangan Impak

Tegangan Insiden

(mm)

(MPa)

(MPa)

(α) %

60

42,45

16,15

38,04

80

51,82

20,02

38,63

100

59,22

22,93

38,72

120

65,72

26,02

39,59

54,8025

21,28

38,75

Rata-Rata

Faktor Transmisi

Sumber: Hasil Penelitian Dari hasil pengujian helm impak atas dan samping dengan strain gage terpasang pada arah: Y menunjukkan besar respon tegangan insiden yang berbeda seperti terlihat pada tabel 4.7 dan tabel 4.8 di atas. Pada impak atas, diperoleh tegangan insiden rata-rata sebesar

31,29 MPa, sedangkan pada impak samping,


diperoleh tegangan insiden rata-rata yang lebih kecil yaitu sebesar 21,28 MPa. Hal ini disebabkan adanya pengaruh pada bentuk sambungan antara cangkang dan brim.

P : 0,4 MPa

Striker

Input Bar

Impact distance: 60mm 30

60

42,45

40 20 0 -20 0

500

1000

20



80

1500

16,15

10 0 0

50

100

150

200

-10

-40

-20

-60

ti

-30

-80

Time (μs)

Waktu (μs)

Gambar 4.24. Tegangan Impak dan Tegangan Insiden (P=0,4 MPa; ID: 60mm), Strain Gage Arah: Y

P : 0,4 MPa

Striker

Input Bar

Impact distance: 120 30

65,72

60 40 20 0 -20 0

26,02

20

500

1000

-40

1500



80

10 0 0

50

100

150

200

-10

-60

-20

-80

-30

Waktu (μs)

ti Time (μs)

Gambar 4.25. Tegangan Impak dan Tegangan Insiden (P = 0,4 MPa; ID: 120mm), Strain Gage Arah: Y Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

60

Tegangan (MPa)

40 26,02 20 16,15 0 -20

0

100

200

300

400

500

ID = 60

-40

ID = 120 -60 waktu (s)

Gambar 4.26 Grafik Gabungan Respon Tegangan Insiden

Hasil pengujian impak atas dan samping pada helm

komposit di atas

dilakukan dengan posisi strain gage pada arah: X dan Y, dengan berbagai variasi jarak impak menunjukkan bahwa semakin besar jarak impak, maka semakin besar pula respon tegangan yang terjadi pada helm. Dari beberapa pengalaman

para

peneliti sebelumnya, berdasarkan data hasil pengukuran dengan pemasangan strain

gage arah: Y untuk helm standar menunjukkan respon tegangan impak yang lebih besar dibandingkan dengan posisi strain gage pada arah: X.

Jadi berdasarkan

pengalaman pada pengujian helm standard ini, maka hasilnya dapat dibandingkan dengan helm komposit

yang memiliki bentuk tulangan pada bagian atas dan

samping, tentu bentuk konstruksinya lebih kokoh, dan kuat. Pada pengujian helm komposit ini dilakukan dengan menggunakan alat strain gage yang diletakkan pada posisi arah: X dan Y, dari hasil pengujian helm komposit pada impak atas dan samping menunjukkan besar respon tegangan impak dan tegangan insiden yang Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

berbeda. Sebagai perbandingan data hasil pengukuran, maka dapat ditunjukkan seperti pada contoh berikut ini: Dari hasil pengukuran pada pengimpakan atas helm komposit, dengan P = 0,4 MPa, ID = 140 mm, diperoleh besar respon tegangan impak ( σ imp. ) = 91,89 MPa, tegangan insiden ( σ ins. ) = 36,80 MPa, dan faktor transmisi ( α )= 40,04%. Sedangkan dari data hasil pengujian helm standard yang dilakukan oleh Iqbal yaitu : pada tekanan 0,4 MPa, dan jarak impak 140 mm, diperoleh tegangan impak hasil pengukuran sebesar 73,41 MPa. Akan tetapi, besarnya tegangan yang dapat ditransmisikan ke dalam helm (tegangan insiden) hanya sebesar 8,82 MPa, dan faktor transmisi ( α ) =12,01%. Dari data hasil pengukuran kedua jenis helm tersebut di atas, telah menunjukkan besar respon tegangan berbeda antara jenis material komposit dengan polimer biasa. Dalam hal ini

helm komposit jauh lebih baik

menerima (meredam) beban impak dibandingkan dengan jenis helm standard dan non standard. 4.6.

Redesain Gambar Model Konstruksi Helm Komposit Hasil Produksi Menggunakan Solidwork 2005

Dalam penelitian ini, pembuatan gambar desain model konstruksi helm komposit ini masih perlu dilakukan setelah proses produksi, penggambaran model konstruksi helm dengan menggunakan softwre solid work 2005. Pada desain gambar dengan solidwork ini tentu diperlukan seluruh dimensi helm tersebut dengan cara pengukuran langsung pada helm komposit hasil produksi. Dari hasil pengukuran Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

dimensi tersebut digunakan sebagai dasar untuk penggambaran dengan solid work, sehingga membentuk konstruksi helm komposit sesuai dengan hasil produksi. Desain penggambaran ini dilakukan untuk memperjelas kontur helm komposit, dan memverifikasi bentuk konstruksi helm setelah di pabrikasi. Berikut ini di perlihatkan pada gambar 4.27 adalah bentuk model produk helm komposit tanpa saluran angin (TSA) yang telah diproduksi sesuai dengan bentuk yang direncanakan. 300

195

235

190 9

230

20

147

152

226

a). Tampak Depan

b). Tampak Samping

Cangkang

Hasil Sambungan yang berfungsi sebagai tulangan pada brim

Brim

c). Isometrik Gambar 4.27 Redesain Gambar Model Konstruksi Helm Komposit menggunakan Solidwork 2005 Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

5.1.

Kesimpulan

Dari hasil penelitian desain dan pabrikasi ini, telah menunjukkan hasil produksi helm yang ergonomik dari bahan komposit GFRP, dengan melakukan berbagai pengujian, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut: 1. Desain dan Pabrikasi Helm Komposit Dari hasil desain dan pabrikasi telah memperlihatkan hasil produksi helm industri dari material komposit polimer GFRP dengan metode hand lay up. Pada proses pencetakan helm dilakukan dengan metode pencetakan secara terpisah yaitu: (1). Cetakan cangkang, dan (2). Cetakan brim. Metode pencetakan ini lebih berhasil dibandingakan metode pencetakan langsung. Pada proses pabrikasi helm komposit yang menggunakan cetakan helm standard dengan metode hand lay up, ada beberapa hal yang menjadi pertimbangan pada teknik pencetakan helm seperti: desain model konstruksi helm, modifikasi cetakan, dan metode pencetakan. Hal ini perlu dilakukan untuk mendapatkan hasil produksi helm yang lebih baik, dan helm tanpa mengalami cacat atau gagal produk. Jadi pada proses pencetakan helm ini dapat disimpulkan, dengan metode pencetakan secara terpisah ini terbukti lebih efisien dibandingkan dengan metode pencetakan langsung menggunakan helm standard, yang hasilnya cenderung gagal untuk diproduksi. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

95

2. Pengujian Statik Pengujian

statik dengan menggunakan spesimen uji yang dibuat dari

material komposit polimer GFRP dengan susunan dua lapisan serat E-glass jenis

Chopped Strand Mat (CSM). Spesimen dibentuk menurut standarisasi ASTM 638 D (standard pengujian). Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui sifat-sifat mekanik material dasar helm komposit. Dari hasil uji tarik spesimen, maka diperoleh harga modulus elastisitas rata-rata (E) = 782 MPa,

kekuatan tarik maksimum rata-rata

( σ trata 2 )= 401,3 MPa, dan Elongation ( ε rata 2 ) = 51,33%. Dari data-data hasil pengujian tersebut di atas, menunjukkan bahwa harga: (E), ( σ trata 2 ), dan ( ε rata 2 ) yang diperoleh lebih besar dibandingkan dengan jenis material polimer biasa (material helm non standard) yang telah diteliti sebelumnya oleh Nayan, A [4]. Dari hasil penelitiannya memperoleh data-data sebagai berikut: harga modulus elastisitas ( E) = 522 MPa, kekuatan tarik ( σ t ) = 29,74 MPa, dan Elongation at Break ( ε rata 2 ) = 24,15%. Dari hasil pengujian spesimen jenis material komposit polimer GFRP ini diperoleh harga (E) = 782 MPa. Jadi dapat disimpulkan bahwa jenis material komposit GFRP lebih keras, dan ulet dibandingkan dengan jenis material polimer biasa. 3. Pengukuran Temperatur Udara pada bagian dalam dinding Helm Pengujian ergonomik dilakukan untuk mengetahui perbedaan temperatur udara di dalam dinding dari kedua model helm tersebut, yang pengujiannya dengan mengenakan helm langsung di lapangan (udara bebas) pada kondisi iklim cuaca Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

cerah: temperatur rata-rata 310C s.d 330C, dan kecepatan angin rata-rata 2 s.d 5 m/detik dengan kelembaban relatif 54 s.d 95%. Pengujian menggunakan alat ukur termokopel, dari hasil pengukuran menunjukkan temperatur rata-rata dalam dinding helm tanpa saluran angin

(TSA) sebesar 390C. Dengan cara yang sama juga

dilakukan pengukuran temperatur pada model helm dengan bentuk saluran angin (DSA), hasil pengukuran menunjukkan temperatur rata-rata di dalam dinding helm sebesar 33,160C. Dari data hasil pengujian temperatur, maka kedua model helm tersebut menunjukkan perbedaaan temperatur udara sebesar: 390C – 33,160C = 5,84 0

C, sehingga dapat disimpulkan bahwa untuk memenuhi persyaratan model helm

ergonomik adalah model helm dengan bentuk saluran angin (DSA). Sedangkan temperatur udara di dalam dinding helm yang terakumulasi adalah: akibat pengaruh suhu badan manusia sebesar 340C melalui kulit kepala, dan panas akibat radiasi matahari melalui permukaan dinding luar helm. Dari hasil pengukuran temperatur udara di atas, menunjukkan temperatur udara panas di dalam dinding helm dapat bersirkulasi dengan udara luar melalui saluran angin pada ke empat sisi permukaan dinding helm, sehingga dari hasil pengukuran temperatur udara pada bagian dalam dinding helm diketahui sebesar 33,160C, yang berarti sama dengan temperatur udara disekitarnya. Dalam penelitian ini juga dilakukan pengukuran terhadap berat kedua model helm (TSA dan DSA), dari hasil pengukuran (penimbangan) berat model helm DSA = 365 gram, dan berat model helm TSA = 385 gram. Dengan demikian model helm DSA lebih ringan dari model helm TSA. Hasil pengujian ergonomik telah menunjukkan tingkat kenyamanan helm, dalam arti tidak panas pada Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

penggunaannya, dan helm komposit lebih keras dan liat di bandingkan dengan helm standard dari material polimer biasa. 4. Pengujian Kekuatan Helm Komposit Hasil pengujian kekuatan helm dilakukan dengan pengimpakan pada bagian atas dan samping kedua model helm TSA dan DSA, dengan (P) = 0,4 MPa, pada jarak impak (ID) = 60 mm, dan posisi pemasangan strain gage arah: X pada jarak 15 mm menunjukkan tegangan impak sebesar ( σ imp ) = 64,43 MPa, dan tegangan insiden ( σ ins ) = 24,50 MPa yaitu tegangan yang masuk (diserap) pada helm. Sedangkan respon tegangan impak untuk model helm TSA, dengan variasi jarak impak (ID) = 40 s.d 120 mm, dan strain gage pada jarak 15 mm dari titik impak adalah sebesar ( σ imp ) = - 10,96 MPa, strain gage pada jarak 30 mm menunjukkan respon tegangan impak ( σ imp ) = 5,89 MPa. Untuk model helm DSA, pengukuran strain gage pada jarak 15 mm dari titik impak diperoleh respon tegangan impak sebesar ( σ imp ) = - 21,61 MPa, dan strain gage pada jarak 30 mm menunjukkan ( σ imp ) = - 11,02 MPa.

Pada pengimpakan samping model helm TSA, dengan tekanan (P) = 0,4 MPa, jarak strain gage 15 mm dari titik impak, (ID) = 40 s.d 100 mm, diperoleh respon tegangan impak ( σ imp ) = - 6,61 MPa, dan strain gage pada jarak 30 mm menunjukkan besarnya respon tegangan impak ( σ imp ) = 6,00 MPa. Pengimpakan samping model helm DSA, dilakukan dengan cara yang sama, maka dari hasil Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

pengukuran strain gage pada jarak 15 mm dari titik impak, diperoleh respon tegangan impak ( σ imp ) = - 4,24 MPa, dan strain gage pada jarak 30 mm ( σ imp ) = 4,64 MPa. Dari data hasil pengujian di atas, dapat dilihat bahwa dari pengukuran strain gage arah: X, pada jarak 15 mm dan 30 mm dari titik impak, dengan variasi jarak impak yang berbeda menunjukkan besar respon tegangan tekan dan tarik yang bervariasi terhadap permukaan dinding helm, terutama pada jarak strain gage 15 mm dari titik pengimpakan. Sedangkan dari hasil pengukuran respon tegangan impak atas helm TSA, dengan (P) = 0,4 MPa, dan (ID) = 60 mm, dengan strain gage arah: Y, diperoleh besar respon tegangan impak ( σ imp. ) = 67,77 MPa, dan tegangan insiden sebesar ( σ ins. ) = 26,28 MPa. Pada (ID) = 140 mm, diperoleh ( σ imp. ) = 91,89 MPa, dan ( σ ins. ) = 36,8 MPa. Pada pengimpakan samping helm TSA, dengan (ID) = 60 mm, strain gage arah: Y, diperoleh respon tegangan impak ( σ imp. ) = 42,45 MPa, dan tegangan insiden ( σ ins. ) = 16,15 MPa. Untuk (ID) = 120 mm, diperoleh ( σ imp. ) = 65, 72 MPa dan ( σ ins. ) = 26,02 MPa. Hasil kedua pengukuran dengan posisi

strain gage arah: X dan Y di atas menunjukkan besar respon tegangan impak dan tegangan insiden yang berbeda. Kemudian diketahui respon tegangan impak dengan pengukuran strain gage arah: Y jauh lebih besar dibandingkan dengan pengukuran

strain gage arah: X, artinya penjalaran gelombang tegangan searah sumbu batang.

Hal ini sesuai dengan teori propagasi gelombang tegangan pada batang. Perambatan energi gelombang tegangan akibat beban impak adalah berbentuk Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

gelombang longitudinal atau gelombang yang arah gerakan partikelnya sejajar dengan arah rambatannya. Dari data hasil pengukuran respon tegangan oleh peneliti sebelumnya (Iqbal), pada pengujian impak atas jenis helm standard dari material polimer biasa dengan (P) = 0,4 MPa, (ID) = 140 mm, diperoleh: respon tegangan impak = 73,41 MPa, tegangan insiden = 8,82 MPa, dan faktor transmisi ( α ) = 12,01%. Sedangkan dari hasil pengujian impak atas helm komposit, pada (P) = 0,4 MPa, pada (ID) = 140 mm, diperoleh: ( σ imp. ) = 91,89 MPa, dan ( σ ins. ) = 36, 80 MPa, dengan ( α ) = 40,04%. Dari perbandingkan besarnya respon tegangan impak dan tegangan insiden tersebut diatas, maka dapat disimpulkan bahwa kekuatan helm komposit jauh lebih mampu untuk menerima atau menyerap tumbukan akibat beban impak dibandingkan dengan helm standard dari bahan polimer biasa.

5. Redesain Gambar Model Konstruksi Helm Komposit Hasil Produksi Desain gambar konstruksi helm komposit dilakukan dari hasil pengukuran dimensi

setelah helm diproduksi. Dari hasil pengukuran dimensi helm tersebut,

digunakan sebagai kerangka dasar penggambaran, untuk mendapatkan bentuk model konstrukasi helm komposit dengan software solidwork 2005. Hal ini perlu dilakukan dengan tujuan untuk memperjelas kontur seluruh permukaan helm komposit, terutama pada daerah sambungan antara bentuk cangkang (kerangka bagian atas), dan

brim ( kerangka bagian bawah) yang akan berfungsi sebagai tulangan pada konstruksi helm hasil produksi. Di samping itu, gambar desain model helm ini adalah untuk memverifikasi produk helm hasil produksi. Dengan demikian dari hasil Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

desain,

pabrikasi, dan modifikasi hingga meredesain gambar model konstruksi helm komposit ini diharapkan

menjadi standarisasi desain dan pabrikasi model helm

industri yang dapat diproduksi menggunakan metode hand lay up. 5.2 Saran

1. Diharapkan untuk proyek penelitian selanjutnya dalam bidang manufaktur khususnya pada proses produksi yang menggunakan jenis material Polymer

Matrix Composites (PMCs) dan Fiber Reinforced Plastic (FRP),

dapat

dikembangkan secara lebih luas dengan berbagai jenis peralatan dan metode proses antara lain seperti: spray up,

injection moulding, vacum moulding,

compression molding, dan hand lay up untuk tujuan riset yang berorientasi pada dunia industri. Hal ini perlu dilakukan untuk peningkatan dan pengembangan riset selanjutnya, dengan peninjauan dari berbagai aspek keperluan tentang penggunaan jenis material PMCs dan RFP melalui suatu proses produksi, sehingga dapat menghasilkan berbagai produk yang telah lolos uji

standard

sesuai dengan kebutuhan pasar. 2. Peningkatan fasilitas pendidikan, dan alat-alat laboratorium pengujian yang

standard di Pusat Riset Laboratorium pengujian, guna mendukung para peneliti untuk mendapatkan data hasil penelitian yang lebih optimal, sehingga dapat menyerap nilai-nilai keilmiahan yang mendasar sesuai dengan tuntutan pengembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi saat ini, dan mampu bersaing baik ditingkat nasional maupun internasional dimasa mendatang. Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

DAFTAR PUSTAKA

1.

Aik Suwarno, Perbaikan Lingkungan Kerja pada Pengrajin Ukiran Kelongsong Peluru dengan Menyesuaikan Meja Kerja, Fakultas Teknik Program Studi Arsitektur Universitas Udayana, Jurnal Pemukiman Natah Vol. 3 No. 2 Agustus 2005.

2.

Amirican National Standard Institute for Industrial Head Protection, Z 89.11997, 1997.

3.

Badan Meteorologi Dan Geofisika (BMG), 2006, Medan.

4.

Dhanannjay Deo, Computerized Landmarking and Anthropometry OverLaser Scanned 3D Head and Face Surface Meshes Department of Mechanical Engineering andCenter for Product Design and ManufacturingIndian Institute of Science BANGALORE – 560 012 January 2006.

5.

G.A. Davis, E. D. Edmisten, R.E. Thomas, R.B. Rummer, D.D. Pascoe, Effect of ventilation safety helmets in a hot environment, International Journal of Industrial Ergonomics 27 (2001) 321- 329, USA.

6.

Gibson, R.F, Principles of Composite Material Mechanics, Mc Graw Hill, New York, 1994.

7. Groover MP, Fundamental of Modern Material Processes and System Manufacturing, Second Edition, 188 – 318, John Wiley & Sons,Inc, 2002, USA. 8.

Indra, Pemodelan Bentuk Kepala dari Bahan Komposit Polimer dan responnya terhadap BebanIimpak, Prosiding Seminar Material dan Struktur (Mastruct), Medan, Januari, 2004.

9.

ISO TC22 / SC12/ WG5 World SID TG N396,WorldSID Anthropometry Requirements and Performance.

10. Japan International Standard for Protective Helmet for Vehicular Users, T– 8133, Japan, 1982. 11. Johnson, W, Impact Strength of Material, Edward Arnold, London, 1972. 12. Lyn Quine, D.R. Rutter and Laurence Arnold, Persuading School-age cyclist to use safety helmets : Effectiveness of an intervention based on the theory of Planned Behaviour, British Journal of Health Psychology (2001),6, 327-345, University of Kent at Canterbury, UK. 102 Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

13.

Mahadi, B, Bustami Syam, Metode Baru Pengukuran Kekuatan Helm Industri Akibat Beban Impak Kecepatan Tinggi, Prosiding Seminar Material dan Struktur (MASTRUCT), Medan, Januari, 2004.

14.

Nayan, BBA, Bustami Syam, Penyelidikan Perilaku Mekanik Helmet Industri Akibat Beban Impak Kecepatan Tinggi, Prosiding Seminar Material dan Struktur (MASTRUCT), Medan, Januari, 2004.

15. Patrick Kirk, Effect Outdoor Weathering on the effective life of forest industry safety helmets, International Journal of Industrial Ergonomic 25 (1999) 51-58, New Zealand. 16.

Shinroku Saito, Tata Surdia, Pengetahuan Bahan Teknik, PT. Pradnya Paramita, Cetakan ke IV, 1999, Jakarta.

17. Standar Nasional Indonesia, Helm Pengendara Kendaraan Bermotor Roda Dua untuk umum, SNI 19 – 1811 – 1990. 18. Suma’mur, P.K, Higene Perusahaan dan Kesehatan Kerja, Cet. 6, Jakarta, 1988. 19. 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. 20. Syam, B, et.all, Pembuatan Alat Uji Air Gun Compressor dan Penyelidikan Perilaku Mekanik Berbagai Material Mekanik Akibat Beban Impak, Laporan Konprehensif Penelitian Hibah Bersaing VI/1 dan VI/2, Medan, 1999. 21.

Syam, B, Laporan Hasil Benchmarking ke SIRIM Berhad, Kuala Lumpur, Malaysia, Desember 2000 (tidak dipublikasikan.

22.

Syam, B, Laporan Hasil Benchmarking ke B4T Depperindag, Bandung, Maret 2001 (tidak dipublikasikan).

23.

Syam, B, Perilaku Mekanik Material Keramik Teknik Terhadap Beban Impak, Jurnal Ilmiah Teknik Mesin, Jurusan Teknik Mesin, FT. USU, Medan, 1996.

24.

Syam, B, A , Measuring Method for Impact Tensile Strength and Impact Fracture Behaviours of Brittle Materials, A Doctoral Dissertation, Muroran Institute of Technology, Muroran, Japan, March 1996, pp. 29 – 98. 25. Tomson R.D, S.P.Duckworth, A. Birkbeck, and M.T. Cassidy, The Performance of Industrial Safety Helmets Under Transverse Loading, Technology, Law and Insurance, 1997, 2 – 1-6,USA.


26. UU. K3, No.1 Tahun 1970. 27. Yeh Liang Hsu, Chi-Yu Tai, Ting-Chin Chen, Improving Thermal Properties of industrial safety helmets, Industrial Ergonomic, International Journal of Industrial Ergonomics 26 (2000) 109-117, Taiwan.


LAMPIRAN 1. Data Cuaca dari Badan Meteorologi Dan Geofisika (BMG) MEDAN

Morning

07-04-2006

cloud

Comfortable : nyaman Humidity Min-Max : 54-95% Fire Danger : Low Flood Danger : Low

Temp : 23-29 oC Wind Speed : 05 Wind Direction : northwest

Noon

Evening

cloud Temp : 27-33 oC Wind Speed : 12 Wind direction : northeast

local rain Temp : 26-28 oC Wind Speed : 05 Wind direction :

Minimum Temp

Maximum Temp

Average Temp

23 oC

33 oC

28 oC

The Map Rain Average North Sumatera

The Map Average Weather North Sumatera Harbour Map Weather on the North Sumatera Sea

LAMPIRAN 2. Grafik Hasil Uji Tarik Spesimen (1) Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008



LAMPIRAN 5. Applikasi Pengukuran Temperatur Udara Pada Helm Ergonomik Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

LAMPIRAN 6. Oregon Aero Drop Tower Up & Down Hasrin : Desain Dan Pabrikasi Helmet Industri Yang Ergonomik, 2008 USU Repository © 2008

Product Testing and Manufacturing Extensive Product Testing One Part Of Success

Oregon Aero Designs Test Equipment Company Uses Data To Continue Cranial Helmet Development

Oregon Aero Tower Up

Oregon Aero Tower Down

Test conducted at US Government laboratory

Oregon Aero often designs its own testing and manufacturing equipment such as this computerized drop tower used during product development. The impact drop tests on the military helmet pictured above determined how much shock protection was provided by the experimental helmet liner system in the test helmet. The ballistic liner reduced transmitted shock in a standard helmet from 210G’s to 70G’s. The helmet is also stable and painless. (See Military Helmets).


LAMPIRAN 7. Spesifikasi Strain Gage Biaksial


Bag. Horizontal

70,3

Bag. Horizontal

56,2

27,9

20,3

Bag. Horizontal Bag. Horizontal Bag. Horizontal

42

13,7

6,7

LAMPIRAN 8. Bidang Referensi Bentuk Kepala

Bag. Horizontal Bag. Horizontal

Satuan : mm 1

1800

2

3 4

5 6 7

00 150

1650

300

1500 135

450

0

1200

75

900

1050

600

0

Gambar Bidang Reference Bentuk Kepala Tabel Dimensi Bidang Reference Bentuk Kepala Bagian Derajat

00 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 1500 1650 1800

1

2

3

4

5

6

7

28,3 28,9 29,2 29,1 30,1 31,2 33,1 35,8 39,5 43 45 45 44,5

46 47 47,2 46,5 45,7 45,7 46,9 50,3 55,2 53,5 58,9 58 57,9

58,9 59,1 59,3 58 57 56,8 57,3 61 66,3 68,9 69,1 67,8 67,1

68,4 67,6 66,6 63 61,3 61,5 63,1 67 72,4 75,4 76,1 71,8 73,6

81,4 82,4 79,5 75,9 73 71,9 73,7 77 80,9 84,3 81,2 83 82,8

89,9 89,3 87 82 77,9 75,9 77,5 81,2 81,9 87,8 89,4 89 89,1

94,3 94,7 92 85,9 82,4 80,4 81,2 84 88,3 91,1 93,5 93,4 94,3


LAMPIRAN 9. Standard Anthropometry Kepala manusia


LAMPIRAN 10. Pengujian Impak Atas Helm TSA Dan Helm DSA

Strain Gage terpasang

Pengujian Impak Atas Helm TSA Pada ID = 40 mm s.d 120 mm, Strain Gage Arah : X Jarak SG. = 15 mm dan 30 mm, P = 0,4 Mpa

Pengujian Impak Atas Helm DSA Pada ID = 40 mm s.d 120 mm, Strain Gage Arah : X Jarak SG. = 15 mm dan 30 mm, P = 0,4 Mpa


LAMPIRAN 11. Metode Pengukuran helm komposit setelah diproduksi

b).

a).

c).


LAMPIRAN 12. Desain model konstruksi helm komposit setelah proses produksi menggunakan solidwork 2005.

a). Tampak Depan

b). Tampak Samping

c). Tampak Atas

d). Isometrik


LAMPIRAN 13. Dimensi helm komposit setelah produksi

199 290,5

18

24

238

53

4

7

140

40 4

2

53

o

225 Tampak Depan

295

232

53

Tampak Samping

195 Tampak Atas Bagian dalam


Tampak belakang

215

1

7

40

215

14 0

15

TM

Recommend Documents