alat uji impak helm tipe horisontal -...
TRANSCRIPT
ANALISA KETIDAKPASTIAN ALAT UJI IMPAK HELM TIPE HORISONTAL
Oleh: BERTHY PELASULA
2107 205 003
Prof. Dr-Ing. Ir. I MADE LONDEN BATAN, M-Eng. .
PROGRAM MAGISTER BIDANG KEAHLIAN SISTEM MEKANIKAL
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
2010
UJIAN TESIS PADA BIDANG KEAHLIAN SISTEM MANUFAKTUR 2010
batang ulir
dinding pelontar
rangka
pipa pengarah
sensor dudukan kepala uji
pegas
plat penahan dp
batang penahan dp
penumbuk
karet penahan dp
baut pendorong dp
dudukan sensor
dudukan pipa pengarah
kepala uji
accelerometer
Alat uji impak helm tipe horisontal
LATAR BELAKANG
1. Alat uji impak helm tipe horisontal telah dibuat.
2. Belum dilakukan analisa ketidakpastian.
3. Setiap alat uji/ukur harus diketahui nilai ketidakpastiannya.
RUMUSAN MASALAH
Dari latar belakang di atas:
1. Bagaimana menentukan faktor-faktor penyebab ketidakpastian.
2. Bagaimana menentukan nilai ketidakpastian.
3. Bagaimana menghitung nilai ketidakpastian.
Batasan Masalah
Rancang bangun alat uji tidak dibahas secara detail.
Untuk menganalisa ketidakpastian menggunakan data eksperimen.
Tidak membahas sensor.
Tujuan dan Manfaat Penelitian
2. Menghitung nilai ketidakpastian dari alat uji impak helm.
1. Mengetahui dan menganalisa faktor-faktor yang mempengaruhi ketidakpastian.
Tujuan:
Manfaat :
Apabila nilai ketidakpastian dari alat uji impak helm diketahui maka dapat digunakan sebagai alat uji impak helm standar
1. Setiap alat uji harus dilengkapi nilai ketidakpastian(Guide to the expression of uncertainty in measuremant )
TINJAUAN PUSTAKA
2. Sudah banyak peneliti melakukan penelitian tentang ketidakpastian, antara lain: Staudt(1993:ketebalan), Suryawan (2000:Beberapa alat ukur) ,Arif(2004:keselindrisan), Martina(2008:
sabuk helm)
LANDASAN TEORI
Ketidakpastian pengukuran merupakan suatu ekspresi fakta bahwa untuk measurand tertentu, hasil pengukurannya tidak berupa satu nilai melainkan nilai dengan jumlah tak terbatas yang tersebar sebagai kompensasi dari adanya kesalahan random dan sistematik (ISO Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement).
Estimasi Kesalahan Random
Kesalahan Random adalah komponen yang selalu acak dari kesalahan total,
sehingga bisa mempunyai nilai yang berbeda-beda pada setiap pengukuran.
N
i
iXN
X1
1
21
2
1
)(1
1
N
i
ix XXN
S
Rata-rata Sampel.
Standar deviasi
Distribusi t
S
XXt i
ii XX tSP Ketidakpastian
Random.
Estimasi Kesalahan Sistematik
Kesalahan sistematik merupakan kesalahan yang selalu konstan dari kesalahan total
1
1 11
222 2J
i
J
ik
ikki
J
i
iir BBB
L
kiik BBB1
)()(
ki
rki
X ,
,
dimana:
Ketidakpastian Total dari Suatu Variabel Pengukuran
Untuk mendapatkan keseluruhan ketidakpastian, harus
didekati dengan menggabungkan estimasi ketidakpastian
random dan ketidakpastian sistematik.
Ketidakpastian standar gabungan:
222
iBC SSui
Ketidakpastian Bentangan:
U% = t%uC
Metode Penelitian
MULAI
Studi Literatur
Analisa Komponen Alat Uji
Identifikasi Variabel-Veriabel yang Mempengaruhi Ketidakpastian
Penyusunan Model Persamaan Ketidakpastian
Semua variable teridentifikasi ?
Persamaan Ketidakpastian
ya
Tidak
Pengambilan dan Pengumpulan Data
Jumlah Data Cukup?
x
Tidak
Metode penelitan
Perhitungan ketidakpastian random
Perhitungan ketidakpastian sistematik
SELESAI
Perhitungan ketidakpastian bentangan alat uji
Kesimpulan
x
ya
2 3 1. Kedudukan pegas tidak paralel
2.Perbedaan pengukuran oleh operator
3.Backless pada poros dan bush
4.Defleksi dinding pelontar
5.PerbedaanØ pipa pengarah dan penumbuk
Kesalahan-Kesalahan Pada Alat Uji
JENIS KESALAHAN
NAMA BAGIAN 3.Dinding Pelontar
4. Pipa pengarah dan Penumbuk 1.Grup Pegas
2.Poros ,Bush dan pengunci
4
1
Cara pengambilan data defleksi pegas
Pegas di ukur sebelum ditarik (A)
Pegas diukur setelah ditarik(B)
Perbedaan defleksi : B-A = C
Baut diputar
Proses pengukuran defleksi pegas
Replikasi
Group A Group B
Displacement (mm)
25 30 35 25 30 35
1 15.72 20.52 24.82 19.82 24.18 29.14
2 16.72 20.62 24.10 19.78 23.90 29.70
3 16.12 20.34 24.82 19.88 24.06 29.44
4 16.00 20.46 25.00 20.38 24.92 28.80
5 16.06 20.50 25.12 19.08 24.78 28.80
6 16.08 20.40 25.04 19.28 24.52 29.82
7 15.96 20.44 24.95 19.62 21.18 29.75
8 15.94 20.52 25.10 19.67 23.89 29.56
9 16.02 20.38 25.12 19.62 24.14 29.86
10 15.94 20.60 24.78 19.55 24.32 29.83
Data Defleksi pegas
25 mm 30 mm 35 mm
OPERATOR
A DAN B
OPERATOR
A DAN B
OPERATOR
A DAN B
PEGAS
A A B B
PEGAS
A A B B
PEGAS
A A B B
Cara pengukuran oleh operator
SELISI PENGUKURAN OPERATOR
A dan B
Baut diputar
Proses pengukuran defleksi pegas
OAB OAB
Replikasi Displacement pegas (mm)
25 30 35
Pegas A B A B A B
Operator A B A B A B A B A B A B
1 0.38 0.33 0.26 0.27 0.29 0.29 0.26 0.29 0.23 0.21 0.23 0.21
2 0.30 0.37 0.27 0.22 0.24 0.27 0.23 0.31 0.27 0.24 0.27 0.24
3 0.34 0.35 0.17 0.20 0.23 0.31 0.24 0.29 0.28 0.28 0.28 0.28
4 0.33 0.37 0.32 0.29 0.27 0.31 0.27 0.30 0.25 0.26 0.25 0.26
5 0.29 0.42 0.28 0.31 0.30 0.32 0.25 0.33 0.26 0.25 0.26 0.25
6 0.27 0.39 0.14 0.17 0.25 0.29 0.27 0.29 0.25 0.28 0.25 0.28
7 0.36 0.37 0.19 0.21 0.25 0.28 0.30 0.27 0.24 0.27 0.24 0.27
8 0.34 0.29 0.23 0.24 0.21 0.33 0.29 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28
9 0.38 0.38 0.12 0.1 8 0.28 0.25 0.24 0.30 0.29 0.24 0.29 0.24
10 0.36 0.35 0.26 0.28 0.24 0.26 0.26 0.28 0.28 0.25 0.28 0.25
Data Ketelitian Pengukuran Oleh Operator
Cara pengambilan data Backless
pada poros pengunci
Sebelum
backless(A)
Sesudah
backless(B)
Backless : A – B = C
Baut diputar
Proses pengukuran beckless
O:AB
Plat pengunci
Baut dikendorkan
Reflikasi Displacement (mm)
25 30 35
Pegas A B A B A B
1 3.03 1.84 1.2 0.81 1.06 1.01
2 3.62 1.34 1.3 0.90 1.05 1.02
3 3.86 1.90 1.6 0.84 1.03 1,01
4 3.18 1.42 1.0 0.88 1.07 0.99
5 3.58 1.60 1.5 0.86 1.04 1.02
6 3.24 1.45 1.3 0.89 1.06 1.05
7 3,37 1.76 1.6 0.89 1.03 1.03
8 3.43 1.31 1.3 0.91 1.05 1.01
9 3.72 1.68 1.1 0.87 1.07 0.98
10 3.63 1.87 1.5 0.88 1.04 1.02
Data backless pada poros pengunci dan bush
Cara Pengukuran Defleksi Dinding Pelontar
Keterangan 1. Jangka sorong 2. Dinding pelontar 3. Plat Perata
Data : Sesudah defleksi dikurangi sebelum defleksi
Baut diputar
Proses pengukuran dinding pelontar
Ukur tebal dinding pelontar dan plat perata(1)
Ukur tebal dinding pelontar dan plat perata(2)
Replikasi Displacement pegas (mm)
25 30 35
1 0.90 1.02 1.08
2 0.98 1.02 1.08
3 0.88 1.04 1.10
4 0.82 1.04 1.10
5 0.87 1.04 1.12
6 0.80 1.03 1.11
7 0.88 1.04 1.10
8 0.89 1.04 1.11
9 0.81 1.04 1.12
10 0.90 1.04 1.15
Data Pengukuran Defleksi Dinding Pelontar
Pengaruh kesalahan pada gaya dan percepatan
F = k . Δx Perubahan jarak(Δx)pada pegas
terhadap gaya
cos
.xkF Kedudukan pegas miring
m
Fqa . Gaya terhadap percepatan
E = G + F + H + X +P Persamaan Kesalahan(error)
Ketidakpastian Random
Ketidakpastian Sistematik
Perhitungan Ketidakpastian
22 /7,1682 smB E
Ketidakpastian Bentangan
P2E = 134,94 + 353,67 + 66,85 + 31,33 + 0
= 586,8 m/s2
pXHFGE PPPPPP 222222
U95% = ( B2i + P2
i)½
= ( 1682,7 + 24,223955)
=
= 47,639270m/s2
5,2269
Sehingga bila nilai tersebut dikonversikan ke standard
,American Society for Testing and Materials(ASTEM) untuk
percepatan impak helm, dimana 1 G
= 9,81 m/s2, maka:
GU 856195,481,9
639270,47
Ketidakpastian Alat Uji Impak Helm
Penutup
Kesimpulan: 1. Ketidakpastian disebabkan oleh faktor-faktor sebagai berikut: a. Perbedaan defleksi pegas pada grup pegas A, maupun grup pegas B. b. Defleksi dinding pelontar terjadi setelah dioperasikan alat uji impak helm secara berulang-ulang. c. Backless yang terjadi pada poros pengunci dan bush karena pengaruh suaian antara poros dan pengunci yang menyebabkan bush yang merupakan penahan plat pengunci tidak berada tepat pada dinding pelontar. d. Perbedaan ketelitian pengukuran oleh operator. 2. Dari hasil pengukuran dan perhitungan ketidakpastian diperoleh nilai ketidakpastian alat uji impak helm sebesar : ±4,856195G
S a r a n : Untuk menjaga agar tidak terjadi defleksi pada dinding pelontar maka pengaturan displacement pegas tidak boleh lebih 35 mm
SEKIAN DAN TERIMA KASIH
Gambar alat uji impak helm
Kecep. Penumbuk Menumbuk Helm
Snell : “Energi saat menumbuk permukaan helm 110 J “
m
Ev k2
2 .1106,63 /
5m s
Diketahui:
Massa peluru, m = 5 kg
Energi saat menumbuk helm, E = 110 Joule
Kecepatan saat menumbuk helm, v1' = 6.63 m/s
Kecepatan Penumbuk saat mengenai helm
Kecepatan Awal Penumbuk
m1
v1 = …? v’1 = 6,63 m/s
m1
s = 0,4 m
fs
2 2
1 1
1 1'
2 2mv mv mgs
Diketahui
Massa penumbuk, m = 5 kg
Kecepatan akhir penumbuk, v'1 = 6.63 m/s
koefisien gesek, μ = 0.2
jarak tempuh penumbuk, s = 0.4 m
Kecepatan awal penumbuk, v1 = 7 m/s
Percepatan yang Diperoleh dari Pegas
v1 = 7 m/s a = ….?
s = 35 mm
FLECE
FLECE
PENUMBUK PENUMBUK
2 2
3
7
2 2.35.10
tva
s
Jarah tempuh flece, s = 35 mm
Kecepatan akhir flece (penumbuk), v1 = 7 m/s
Percepatan flece (penumbuk), a = 700 m/s
Kekakuan Pegas untuk percep.700 m/s^2
a = 700 m/s^2
k = …?
x = 35 mm
m1
m1
m2
m2
massa penumbuk, m1 = 5 kg
massa flece, m2 = 7 kg
percep. flece (penumbuk), a = 700 m/s2
displacement pegas, x = 35 mm
Kekakuan pegas, k = 240000 N/m
1 2( ).m m ak
x
Perancangan Sebuah Pegas
Direncanakan:
Kekakuan 1 pegas:
Jumlah pegas 6 buah
240000
6 40000 N/m
Diameter wire, d = 7 mm
Diameter besar, D = 39 mm
Jumlah lilitan, n = 10 buah
Modulus geser, G = 79,3 GPa
Panjang pegas, Lo = 14 cm
Pegas yang dipilih:
3
4
8
.
nD
dGk = 40122 N/m
xkF = 1404 N/m
Tegangan pada Pegas
Kekakuan pegas, k = 40122 N/m
Displacement pegas, x = 35.00 mm
Gaya pada pegas, F = 1404 N
Diameter wire, d = 7 mm
Diameter pegas, D = 39 mm
Jumlah lilitan, n = 10 buah
Modulus geser, G = 7.93E+10 N/m^2
Radius hook, r1 = 18 mm
Radius hook, r2 = 14 mm
C1 = (2r1/d) = 5.1
Faktor koreksi tegangan, KA = 1.17
C2 = (2r2/d) = 4.0
Faktor koreksi tegangan, KB = 1.25
Tegangan tarik pegas, σA = 0.952 GPa
Tegangan geser pegas, τB = 0.508 GPa
Tegangan yang bekerja pada pegas
Analisis Kegagalan Pegas
Karena: σA < σi dan τB< τi, maka pegas dalam kondisi aman.
Material: OQ & T wire
(ASTM No.A229), dengan:
Diameter wire, d = 7 mm
Nilai A = 1855 MPa.mm^m
= 1855000000 Pa.mm^m
Nilai m = 0.187
Tegangan ultimate pegas, Sut = 1289171157 Pa
= 1.3 GPa
Besar tegangan luluh pegas, Sy = 0.967 GPa
Besar tegangan geser pegas, Sys = 0.580 GPa
Jika faktor keamanan, SF = 1
Tegangan tarik izin, σi = 0.967 GPa
Tegangan geser izin pegas, τi = 0.580 GPa
Analisis kegagalan pegas:
Diketahui:
Massa penumbuk, m1 = 5 kg
Massa helm, m2 = 0.85 kg
Kecep. Penumbuk di permukaan helm, v1' = 6.63 m/s
Kecep. penumbuk bersama helm, v = 5.67 m/s
Kecepatan peluru bersama helm (v)
Kecep. Penumbuk Bersama Helm
Peak Acceleration
d, t = ?
1 2
k
m m
a = v.ω
a
vvt
'1
k m1
m2
Headform
v
v’1 a = …?
Diketahui: Kecep.saat menumbuk, v'1 = 6,63 m/s
Massa penumbuk, m1 = 5 kg
Massa helm, m2 = 0.85 kg
Kekakuan busa helm, k = 4500 N/m
Kecep. Peluru bersama helm, v = 5.67 m/s
Frekuensi natural, ω = 27.74 rad/s
Percep. maks. pada headform, apeak = 157.24 m/s^2
= 16.0 g
Durasi waktu impak, t = 6.1 ms
Displacement helm dengan peluru, d = 0.61 mm
sin( )v
d t
Accelerometer (ACC103)
Spesifikasi accelerometer: Frequency Response: 1 Hz to 10 kHz (up to ±10% rated output shift)
Rated Output: 10 mV/g nominal @ 100 Hz
Frequency Range: 2 Hz to 10 kHz (up to ±5% rated output shift)
Amplitude Range: ±500 g peak
Amplitude Linearity: ±2% up to 500 g peak
Bias Voltage: 10 V nominal
Weight: 15 g (0.05 oz) nominal (without cable)
Material: Stainless steel
Alat uji impak yang ada (standar)
Standar Snell
Standar DOT
Standar SII
Oleh : Bambang Heru Susanto,ST,MT
7 TAHAP UJI HELM
Uji impak (Impact test): mengetahui energi yang diserap helm atau energi
yang diteruskan ke kepala
Positional Stability (Roll-Off test): mengetahui kestabilan posisi helm di
kepala saat terjadi benturan
Chin Bar test: mengetahui kekuatan pelindung dagu.
Shell Penetration test: mengetahui ketahanan helm
terhadap tusukan.
Faceshield Penetration test: mengetahui ketahanan
penutup muka terhadap penetrasi/tusukan.
Dynamics Retentional test: mengetahui kekuatan helm
terhadap gaya sobek/putus sabuk dagu Chin
Flame Resistance test: mengetahui ketahanan helm
terhadap api.
Kriteria Helm Lulus Uji Impak
1. Percepatan impak < 300 G (Snell)
2. Gaya yang diteruskan oleh helm < 2000 kgf (SII)
Catatan: 1G = 9,81 m/s2