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