5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Hasil penelitian TA sebelumnya menunjukkan bahwa distribusi gaya pada

struktur sepeda terkonsentrasi pada beberapa bagian, dikarenakan alasan tersebut

dilakukanlah pengembangan selanjutnya dengan menambahkan partikel diantaranya

carbon, kayu dan neon yang berfungsi untuk mencegah terjadinya crack propagation

pada struktur sepeda. Pada penelitian sebelumnya dilakukan pengujian material yaitu

uji tarik agar didapatkan sifat mekanik material yang akan di input pada software

CAD. Perbandingan antara material yang telah diuji pada penelitian sebelumnya

tidak dapat dibandingan dengan jenis material yang sedang dikembangkan ini

dikarenakan peneliti sebelumnya kehilangan data material yang telah di uji.

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Material komposit Hibrida

Komposit hybrida adalah suatu jenis material baru hasil rekayasa yang terdiri

dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama

lainnya baik itu sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir

bahan tersebut (bahan komposit).

2.2.1.1 Penyusun Komposit Hybrida

Komposit hybrida pada umumnya terdiri dari 3 fasa :

1. Matrik

Matrik adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi

volume terbesar (dominan). Matrik mempunyai fungsi untuk mentransfer

tegangan ke serat, membentuk ikatan koheren, permukaan matrik/serat,

melindungi serat, memisahkan serat, melepas ikatan, tetap stabil setelah

proses manufaktur.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

2. Reinforcement atau Fiber

Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat)

yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit. Adanya

dua penyusun komposit atau lebih menimbulkan beberapa daerah dan istilah

penyebutannya; Matrik (penyusun dengan fraksi volume terbesar),

Penguat (Penahan beban utama), Interphase (pelekat antar dua

penyusun), interface (permukaan phase yang berbatasan dengan phase lain).

3. Partikel

Komposit hibrida merupakan susunan komposit yang terdiri dari Matrik

dan reinforcement yang ditambah dengan partikel, adapun partikel yang

dapat ditambahkan sebagai bagian dari susunan komposit adalah serbuk

kayu, serbuk neon, silika, aerosil karbon aktif dan lain sebagainya.

2.2.1.2 Klasifikasi komposit

A. Klasifikasi komposit berdasarkan pada bentuk serat antara lain :

1. Fiber composite (komposit serat) adalah gabungan serat dengan

matrik. Terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu :

Komposit Serat Kontinyu (Continuous Fiber Composite)

Continuous atau uni-directional, mempunyai susunan serat

panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriksnya.Jenis

komposit ini paling banyak digunakan. Kekurangan tipe ini adalah

lemahnya kekuatan antar lapisan. Hal ini dikarenakan kekuatan antar

lapisan dipengaruhi oleh matriksnya.

Komposit Serat Anyam (Woven Fiber Composite)

Komposit ini tidak mudah terpengaruh pemisahan antar lapisan

karena susunan seratnya juga mengikat antar lapisan. Akan tetapi

susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan

kekuatan dan kekakuan tidak sebaik tipe continuous fiber.

Komposit Serat Acak/pendek (Discontinuous Fiber Composite)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

Discontinuous fiber composite adalah tipe komposit dengan serat

pendek. Tipe ini dibedakan lagi menjadi tiga, seperti gambar 2.1 [1]

(Gibson, 1994):

Hybrid Fiber Composite

Hybrid fiber composite merupakan komposit gabungan antara

tipe serat lurus dengan serat acak. Tipe ini digunakan agar dapat

mengganti kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat

menggabungkan kelebihannya.

2. Flake composite adalah gabungan serpih rata dengan matrik.

3. Particulate composite adalah gabungan partikel dengan matrik.

4. Filled composite adalah gabungan matrik continious skeletal dengan matrik yang kedua.

5. Laminar composite adalah gabungan lapisan atau unsur pokok lamina.

B. Berdasarkan matrik, komposit dapat diklasifikasikan kedalam tiga

kelompok besar yaitu:

1. Komposit matrik polimer (KMP), polimer sebagai matriks.

2. Komposit matrik logam (KML), logam sebagi matriks.

3. Komposit matrik keramik (KMK), keramik sebagai matriks.

2.2.2 Getaran

Untuk mendapatkan distribusi gaya yang bekerja pada rangka sepeda

salahsatunya selain menggunakan kajian komputasional juga menggunakan kajian

getaran mekanik.

2.2.2.1 Konsep Dasar Getaran

Vibrasi merupakan gerakan osilasi (bolak balik) yang berulang dari bagian

suatu mesin (suatu benda) yang elastis dari posisi kesetimbangan statisnya (posisi

diam) pada interval tertentu, jika kesetimbangan tersebut terganggu oleh adanya gaya

atau gerakan badan mesin.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

2.2.2.2 Gaya Getaran Harmonis

Sebuah sistem mekanik dikatakan mengalami getaran paksa, setiap kali

energi eksternal diberikan ke sistem selama getaran terjadi. Energi eksternal

diperoleh dari gaya yang diaplikasikan pada benda atau adanya perpindahan gaya

eksitasi yang diaplikasikan. Aplikasi gaya tersebut dapat bersifat harmonis, non-

harmonis tapi periodik, non periodik, atau random/acak.

2.2.2.3 Perhitungan Getaran

Apabila gaya F(t) bekerja pada sebuah sistem massa – pegas – damping

sebagaimana diperlihatkan pada Gambar II 1, maka dapat dituliskan persamaan gerak

sebagaimana dinyatakan pada persamaan (II.1)

𝑚�̈� + 𝑐�̇� + 𝑘𝑥 = 𝐹(𝑡) ....................................................................... (II.1)

Gambar II-1 Free Body Diagram sistem getaran 1 DOF

2.2.3 Petunjuk Keselamatan Uji Eksperimental

Uji ekspreimental pada TA ini mengikuti prosedur praktikum yang telah

disediakan. Prosedur praktikum berikut ini mencakup uji tarik, uji fatigue dan uji

impak.

A. Sebelum Praktikum

Menggunakan pakaian praktikum dan bersepatu;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

Memeriksa fasilitas/alat-alat yang digunakan untuk mendukung

praktikum;

Mengisi kartu praktikum dan meminta tanda-tangan kepada

instruktur;

B. Saat praktikum

Mengisi kartu praktikum;

Megisi Lembaran kerja;

C. Setelah Praktikum

Mahasiswa membersihkan peralatan praktikum dan memeriksa

kelengkapannya;

Mengembalikan peralatan praktikum sesuai dengan tempat yang

telah disediakan;

Mengumpulkan laporan praktikum/jurnal praktikum dan meminta

tanda tangan instruktur.

2.2.4 Uji Tarik

Sifat-sifat atau karakteristik bahan dari suatu jenis material dapat ditentukan

melalui uji tarik. Pada pengujian mekanik tersebut, dapat diketahui reaksi bahan

terhadap gaya tarik serta dapat mengetahui perpanjanga dari gaya tarik tersebut.

Untuk maksud tersebut maka cengkraman pada mesin/alat uji tarik haruslah kuat.

Hasil dari uji tarik ini berupa kurva antara tegangan versus regangan seperti

yang ditunkukan pada gambar 1. Berdasarkan hasil kaji eksperimental tersebut, maka

beberapa grafil dapat dibuat, namun yang paling umum dari karakterisasi bahan

adalah kurva tegangan vs reganngan sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 1.

Data-data yang secara mekanik menjadi perhatian adalah gaya maksimal, gaya tarik

maksimal, modulus elastisitas, dan elongation. Penggunaan kaji eksperimental ini,

untuk mengetahui kuat tidaknya penggunaan material tersebut pada aplikasi yang

dikehendaki.

Berdasarkan hukum Hooke, Hampir semua material yang diuji tarik memiliki

hubungan antara gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang

bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear zone. Di daerah ini, kurva

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke yaitu rasio tegangan (stress)

dan regangan (strain) adalah konstan.

Stress adalah beban dibagi luas penampang bahan sedangkan strain adalah

pertambahan panjang dibagi panjang awal bahan. Dirumuskan, Stress (Tegangan

Mekanis): 𝜎 =𝐹

𝐴, dengan F = gaya, A = luas penampang, Strain (Regangan): ε =

ΔL/L , ΔL = Pertambahan panjang, L = Panjang awal Maka, hubungan antara stress

dan strain dirumuskan: E = σ/ε.

Untuk memudahkan pembahasan, terdapat sedikit modifikasi dari hubungan

antara gaya tarikan dan pertambahan panjang menjadi hubungan antara tegangan

mekanis dan regangan (stress vs strain). Gambar II-2 yang merupakan kurva standar

ketika melakukan eksperimen uji tarik. E adalah gradien kurva dalam daerah linier,

di mana perbandingan tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu tetap. diberi nama

"Modulus Elastisitas" atau " Modulus Young". Kurva yang menyatakan hubungan

antara strain dan stress seperti ini sering disingkat dengan kurva SS (SS curve).

Gambar II-2 Kurva Strain-Stress

Untuk penjelasan lebih terperinci mengenai gaya penarikan dan perubahan

panjang serta hubungan antara regangan dan tegangan akan dijelaskan dibawah ini.

2.2.4.1 Standar Spesimen

Standar spesimen uji tarik diantaranya yaitu:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

1. Japan Industial Standards Committee (JIS)

2. American Society for Testing and Material (ASTM)

3. Deutsches intitut fur Normung (DIN)

4. International Standards Organization (ISO)

5. British Standards (BS)

6. Standar Nasional Indonesia (SNI)

Setiap standar mempunyai parameter ukuran berbeda tergantung dari

konstruksi apa yang akan dilakukan pengujian, Dengan demikian bentuk dan arah

pengambian data akan berbeda. Pada pengujian tarik contohnya standar yang

digunakan adalah ASTM-E8. Pada standar tersebut maka akan dijelaskan dimensi

dari spesimen yang akan diuji. Misalkan untuk pengujian batang pejal akan dirujuk

pada standar dimensi seperti Gambar II.3.

Gambar II-3 Dimensi Standar spesimen ASTM E8

Keterangan :

L0 : Panjang pada posisi radius (parallel length)

L : Panjang ukur (gauge Length)

D : Diameter

R : Radius

Untuk pengujian pada konstruksi pelat antara ukuran tebal 0,005 in sampai ¾ in,

maka dimensinya seperti pada Gambar II.4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

Gambar II-4 Standar Spesimen ASTM E8

2.2.4.2 Gaya Penarikan dan Perubahan Panjang (F dan dl)

Data keluaran yang ada dari mesin uji tarik adalah hubungan antara gaya

penarikan (F) dengan perubahan panjang spesimen (dl). Besarnya perubahan beban

penarikan ini diterima loadcell sedangkan d2 diukur dengan tensiometer. Dari

hubungan tersebut maka akan menghasilkan parameter lain berupa tegangan dan

regangan teknis, tegangan dan regangan sebenarnya dan juga faktor pengeras

regangan.

2.2.4.3 Tegangan dan Regangan Teknik

Tegangan dan regangan teknik mengacu pada tegangan rata-rata, ini

dikarenakan pada saat terjadi penarikan diameter spesimen bahan diasumsikan tidak

berubah, tetapi pada kenyataannya tidak demikian. Gambar II.5 memperlihatkan

benda yang mengalami gaya tarik (P) dengan panjang awal L0 dan perubahan panjang

(d1).

Lo

Lo + dl

P

L0 = Panjang AwalDl = perubahan Panjang

Gambar II-5 Ilustrasi uji tarik

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

Tegangan teknik (S) = 𝑃 𝐴0⁄ ...................................................... (II.2)

Di mana:

P = Gaya maksimum (kg) pada skala gaya

𝑑0 = diameter awal spesimen

𝐴0 = π/4 (𝑑0)2 (Luas penampang spesimen)

Regangan teknik (e) = (𝐿1 − 𝐿0)/𝐿0 ............................................. (II.3)

= 𝑑1/𝐿0

(𝐿1 − 𝐿0)/𝐿0 x 100% menyatakan keuletan material.

𝐿1 = Panjang spesimen setelah putus

2.2.4.4 Tegangan dan Regangan Sebenarnya

Kurva pada tegangan dan regangan teknik bukan merupakan kurva tegangan

dan regangan sebenarnya. Hal ini terjadi karena selama penarikan terjadi pengecilan

luas penampang, sehingga tegangan dan regangan sebenarnnya diperoleh dengan

menghitung volume konstan sebagai berikut:

2.2.4.4.1 Tegangan Sebenarnya (σ)

Jika 𝐴1dan 𝐿1merupakan panjang spesimen setelah putus dan 𝐴0 serta 𝐿0

adalah panjang awal pengukuran maka selama penarikan berlangsung volume

spesimen tetap, sehingga berlaku:

𝐴1. 𝐿1 = 𝐴0. 𝐿0 didapat 𝐴1 = 𝐴0.𝐿0

𝐿1 ............................................... (II.4)

σ = 𝑃

𝐴 dengan memasukan persaman II.7 di dapatkan

σ = 𝑃.𝐿1

𝐴0.𝐿0 ................................................................................. (II.5)

2.2.4.4.2 Regangan Sebenarnya

ε = ∑ 𝐿1−𝐿0

𝐿0

𝑛𝑖 + 𝐿2−𝐿1

𝐿1 + 𝐿3−𝐿2

𝐿2 dan seterusnya ................................ (II.6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

sedangkan

e = ∆𝑙

𝐿0=

𝐿− 𝐿0

𝐿0 = 𝐿

𝐿0− 1 ...................................................... (II.7)

e + 1 = 𝐿

𝐿0 ................................................................................. (II.8)

dengan persamaan II.7 ke persamaan II.4 didapat ;

ε = 𝐿𝑛 (e + 1) .............................................................................. (II.9)

2.2.5 Uji fatigue

Secara bahasa fatigue memiliki arti lelah. Jadi uji fatigue merupakan suatu

metode pengujian material untuk mengukur tingkat kelelahan material dengan

pembebanan dinamis. Uji fatigue dilakukan pada alat seperti pada Gambar II.6.

Gambar II-6 Mesin uji fatigue

Adapun tujuan dari uji fatigue sendiri yaitu untuk mengetahui umur fatigue

material dengan pembebanan dinamis. Hasil dari uji fatigue ini berupa kurva S-N.

Dari kurva S-N seperti ditampilkan pada Gambar II.7 akan diketahui batas fatigue,

umur fatigue dan kekuatan fatigue. Kurva S-N merupakan kurva perbandingan

antara tegangan (S) terjadi pada spesimen dengan jumlah siklus (N) yang

menyebabkan spesimen fatigue.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

Gambar II-7 Kurva S-N

Untuk mendapatkan kurva tersebut menurut standar ASTM E8 spesimen yang

diuji berjumlah lebih dari tiga untuk mendapatkan variasi siklus (N). Untuk

mendapatkan variasi tersbeut maka setiap spesimen harus memiliki gaya yang

berbeda.

Hubungan uji fatigue material dengan struktur rangka sepeda yaitu siklus pada

pengujian uji fatigue (N) dapat diartikan sebagai hentakan pada rangka sepeda.

Dengan demikian jumlah siklus (N) dari material yang diuji jika di aplikasikan pada

struktur rangka sepeda berarti jumlah hentakan yang dapat menyebabkan struktur

rangka sepeda fatigue. Dari hasil pengujian tersebut maka dapat berguna untuk

mempresiksi umur dari suatu struktur rangka sepeda tersebut.

2.2.5.1 Stress Cycle

Ada tiga faktor dasar yang diperlukan untuk menyebabkan terjadinya

fatigue, yaitu: 1) tegangan tarik dengan beban yang cukup tinggi, 2) variasi atau

fluktuasi tegangan yang diterapkan cukup besar, dan 3) jumlah siklus tegangan yang

diterapkan cukup besar. Walaupun banyak jenis fluktuasi tegangan yang dapat

diaplikasikan, namun beberapa jenis yang umum dijumpai, diperlihatkan pada

Gambar II.8 hingga Gambar II.10 Didapat diamati bahwa pada Gambar II.8 profil

beban yang bekerja pada spesimen berupa beban sinusoidal, sedangkan pada

Gambar II.9 adalah pembeban sinusoidal namun ditambahkan dengan beban

kontinu. Profil pembebanan lainnya adalah random sebagaimana diperlihatkan pada

Gambar II.10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

Gambar II-8 Fully Reversed Loading

Gambar II-9 Tension-Tension with applied stress

Gambar II-10 Random atau Spektrum loading

Mesin uji fatigue ditunjukkan pada Gambar II.11 yang mirip dengan kondisi aktual

dari poros yang mengalami pembebanan selama penggunaannya.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

Gambar II-11 Skematik dari reversed-bending fatigue

machine

2.2.5.2 Variable Loading

Variabel pembebanan merupakan hasil ketika beban atau stress yang

dikenakan tidak konstan tetapi mengalami perubahan fungsi dari waktu berdasarkan

pola yang telah dijalaskan diatas. Kebanyakan sistem atau perangkat mekanik

terdiri dari komponen bergerak atau berputar. Ketika mengalami pembebanan

eksternal, tegangan yang terjadi tidak konstan bahkan walupun beban yang

diterapkan tetap invarian.

Pada kenyataannya sebagaian besar komponen mekanik mengalami

variabel loading karena;

1. perubahan besarnya beban yang bekerja, contoh: operasi punching atau

shearing.

2. perubahan arah beban yang bekerja, contoh: connecting rod.

3. Perubahan titik kerja beban, contoh: rotating shaft.

2.2.5.3 Perhitungan Pergeseran Beban

Metode Uji fatique ini diberikan pembebanan tertentu. Pembebanan

diberikan pada spesimen agar dapat diketahui batas fatigue pada spesimen dengan

pergeseran tertentu dan agar dapat di bandingkan batas fatigue pada setiap besaran

pergeseran. Untuk mendapatkan nilai pergeseran pada uji fatigue yang pertama harus

diketahui adalah kekuatan luluh material. Kekuatan luluh material bisa di dapatkan

dari hasil uji tarik.

Agar dapat membandingkan batas fatigue pada pergeseran tertentu dapat

dilakukan eksperimen dengan mengkalikan nilai angka kekuatan luluh dengan nilai

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

angka tertentu secara berurutan. Hal ini bertujuan agar setiap spesimen yang di uji

memiliki nilai pergeseran yang berbeda. Bentuk spesimen yang di uji adalah

continuous radius atau silindris yaitu standar ASTM E466-82 seperti pada Gambar

II.12.

Lp

L0

d3

Gambar II-12 Standar ASTM E466-82 uji fatigue

Adapun rumus pergeseran beban pada uji fatique adalah;

Pergeseran (a) = 𝑆′𝑒.2.𝐿𝑝.π.𝑑3

𝑊𝑐.𝐿0.32 .................................................. (II.10)

Keterangan:

S’e = Hasil kali dari kekuatan luluh dengan niali tertentu

𝐿𝑝 = Panjang terluar spesimen

𝐿0 = Panjang bagian dalam spesimen

𝑑3 = Diameter spesimen

Wc = Beban pada spesimen

2.2.5.4 Perhitungan Tegangan (σ) dan Siklus (N)

Hasil dari uji fatigue adalah mendapatkan perbandingan antara tegangan

yang terjadi pada spesimen dengan jumlah siklus spesimen. Untuk mendapatkan

tegangan (σ) pada bahan dapat didapatkan dengan rumus;

σ = 𝑚𝑐

𝐼 =

𝐹 . 𝐿𝑜

𝜋 𝑟3 ...................................... (II.11)

Keteranagan:

𝐹 = Beban pada spesimen

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

𝐿0 = Panjang bagian dalam spesimen

r = Radius spesimen

Setelah didapatkan tegangan maka selanjutnya melakukan perhitungan

jumlah siklus yang terjadi pada spesimen, dimana kekuatan fatigue dinyatakan dalam

persamaan;

Sf =a.Nb ............................................ (II.12)

Dimana N adalah jumlah siklus yang terjadi pada fatigue, sedangkan konstanta a dan

b didefinisikan pada titik 103, (𝑆𝑓)103 dan 106dimana (𝑆𝑓)

103 = 𝑓. 𝑆𝑢𝑡. Dari

persamaan (II.11) maka untuk mencari a dan b adalah;

𝑎 = (𝑓.𝑆𝑢𝑡)2

𝑆′𝑒 ......................................... (II-13)

𝑏 = −1

3𝑙𝑜𝑔

(𝑓.𝑆𝑢𝑡)

𝑆′𝑒 ........................................ (II.14)

Apabila amplitudo tegangan dinyatakan (σ), maka siklus putaran pada

fatigue dinyatakan.

N= (σa

𝑎)

1

𝑏 .............................................. (II.15)

2.2.6 Uji Impak

Uji impak merupakan suatu pengujian yang digunakan untuk mengetahui

karakter patahan material yang sulit dilakukan pada uji tarik khususnya pada material

yang mempunyai deformasi yang sangat kecil. Bentuk patahan pada material uji

berbentuk patahan berserabut (fibrous fracture) yang terjadi pada permukaan

patahannya, patahan tersebut terbagi menjadi patahan ductile atau ulet dan brittle atau

getas.

Uji impak memiliki dua jenis metode, yaitu metode Charpy dan metode Izod.

Metode Charpy dilakukan dengan meletakkan spesimen uji secara horizontal dan

arah pembebanan berlawanan dengan arah takikan, sedangkan metoe Izod dilakukan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

dengan meletakkan spesimen uji secara vertikal. Kedua metode tersebut digunakan

untuk mencari harga impak dari spesiman.

Harga impak adalah besarnya energi mekanik atau energi tumbukan yang

mampu diserap oleh suatu jenis material berbanding luas permukaan material

tersebut. Besarnya harga impak suatu material dengan material lainnya tidaklah sama,

selain itu besarnya harga impak suatu material juga dipengarui temperatur material

tersebut. Besarnya harga impak suatu material, dapat diketahui dengan melakukan

suatu pengujian atau dapat disebut uji impak. Apabila material tersebut diaplikasikan

pada rangka sepeda, maka energi impak dari hasil uji impak dapat diartikan sebagai

besarnya energi yang dibutuhkan untuk membuat struktur rangka sepeda patah.

Metode yang digunakan pada TA ini yaitu metode Charpy. Metode Charpy

dilakukan dengan meletakkan benda secara horizontal dan pemberian beban

berlawanan arah takikan. Seperti pada Gambar II.13.

Gambar II-13 Uji Impak Metode Charpy

http://thedrudgereort280.web.fc2.com/free-essays/essays-20162123891/

Dalam pengujian ini, yang diamati adalah perbandingan harga impak antara

material uji (spesimen) dengan material logam seperti alumunium.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

2.2.6.1 Energi Impak

Energi yang diserap oleh spesimen uji dapat diperoleh dengan menghitung

selisih energi potensial awal bandul dan energi potensial bandul setelah tumbukan.

Energi yeng terserap dapat pula dilihat dari perbedaan ketinggian awal dan akhir

bandul setelah tumbukkan. Besarnya energi yang diserap menunjukkan ketangguhan

atau keuletan material.

2.2.6.2 Perhitungan Energi Impak dan Harga Impak

Untuk menghitung energi yang diserap oleh spesimen uji, dapat diperoleh

dengan menggunakan persamaan energi potensial sebagai berikut :

Sebelum Tumbukan:

𝐸𝑝1 = 𝑚𝑔ℎ1 ...................................... (II.16)

Keterangan :

Ep1 = Energi potensial sebelum tumbukkan(Joule).

m = Massa pendulum (kg).

g = Percepatan Gravitasi (9.8m/s2).

H1 = Tinggi Pendulum sebelum diayunkan (m).

Setelah Tumbukan:

𝐸𝑝2 = 𝑚𝑔ℎ2 ................................ (II.17)

Keterangan :

Ep2 = Energi potensial setelah tumbukkan (joule).

m = Massa pendulum (kg).

g = Percepatan gravitasi (9.8m/s2).

H2 = Ketinggian pendulum setelah tumbukkan (m).

Sehingga energi yang diserap oleh spesimen uji dinyatakan dengan :

𝐸𝑝1 − 𝐸𝑝2 = 𝑚𝑔(ℎ1 − ℎ2) ...................... (II.18)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

Harga Impak (HI) :

𝐻𝐼 =𝐸𝑝1−𝐸𝑝2

𝐴 ................................. (II.19)

HI = Harga Impak (Joule/mm 2).

A = Luas permukaan spesimen (mm2).

2.2.7 Margin of Safety

Banyak perusahaan atau industri seperti industri pesawat menggunakan

margin of safety (M.S) untuk menggambarkan rasio dari kekuatan struktur yang

dibutuhkan. Ada dua definisi terpisah untuk marjin keselamatan. sehingga perhatian

diperlukan untuk menentukan definisi mana yang digunakan pada aplikasinya. Yang

pertama yaitu untuk mengukur angka keamanan (safety of factor) dan yang kedua

yaitu sebagai ukuran persyaratan desain yang memuaskan. Margin of safety dapat

dikonseptualisasikan untuk mewakili berapa banyak kapasitas total struktur yang

dimiliki dalam cadangan saat pembebanan.

Pada dasarnya apabila suatu benda diberi beban maksimum dan angka

keamanannya adalah 0 itu berarti benda tersebut tidak boleh ditambahkan beban lagi

tetapi jika jika negatif, benda tersebut akan gagal sebelum mencapai beban disainnya.

Jika angla marjinnya 1, maka dapat menahan satu beban tambahan dengan beban

yang sama samapi beban maksimum yang dirancangnya. Untuk mengetahui margin

of safety struktur yang menggunakan material tertentu dapat menggunakan

persamaan berikut

𝑀𝑆 = 𝜎𝑢

𝜎𝑖− 1 ................................... (II.20)

𝑀𝑆 = 𝑆𝐹 − 1 ................................... (II.21)

Keterangan :

MS = Margin of Safety

SF = Safety Factor

𝜎𝑢 = Tegangan izin bahan/yield stress

𝜎𝑢 = Tegangan yang terjadi/working Stress

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23

Angka margin of safety dari suatu material yang telah melalui pengujian

eksperimental seperti uji tarik, uji fatigue dan uji impak dapat diketahui apabila

material tersebut digunakan pada suatu struktur yang diberikan beban tertentu. Oleh

karena itu untuk mengetahui kriteria keamanan suatu material yang telah melewati

pengujian maka harus diaplikasikan pada suatu struktur untuk mengetahui margin of

safety.

2.2.8 Analisis Gaya Pada Rangka Struktur Sepeda

Analisis rangka sepeda roadbBike yang dilakukan pada TA ini yaitu

menggunakan kajian komputasional dengan menggunakan perangkat lunak Matlab

dan Solidworks. Perangkat lunak Matlab berfungsi untuk membantu perhitungan

analisis gaya dinamik yang bekerja pada rangka sepeda. Perangkat lunak Solidworks

berfungsi untuk membuat perancangan rangka sepeda, perancangan Jig sepeda dan

analisis gaya statis pada rangka sepeda road bike.

Analisis gaya statis dari perancangan akan didapatkan (1) Von mises, (2)

Displacement, dan (3) Safety Factory. Pada analisis gaya dinamis dapat dilakukan

dengan membuat pemodelan Free Body Diagram (FBD) sepeda. Setelah FBD dibuat

maka dilakukan perhitungan dengan rumus vibrasi pada penjelasan sebelumnya

untuk mendapatkan gaya dinamik.

2.2.9 Alat Bantu Produksi Sepeda

Tujuan utama pembuatan alat bantu tersebut adalah untuk menghasilkan

rangka sepeda komposit atau jenis sepeda lainnya yang presisi. Alat ini juga

memungkinkan seseorang untuk berlatih merakit rangka sepeda dengan menjaga

keselarasan atau kepresisian komponen selama perakitan rangka sepeda.

2.2.9.1 Modularitas Perancangan

Modularitas akan sangat meningkatkan fleksibilitas dari perancangan alat.

Telah ditentukan bahwa modular alat sangat diperlukan baik untuk mengakomodasi

beberapa geometri rangka sepeda dan varian pada sepeda komposit. Hal ini akan

menghilangkan kebutuhan untuk merancang dan membuat alat baru saat

menskalakan rangka sepeda untuk pengendara ukuran berbeda atau mengubah

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24

geometri agar lebih sesuai dengan yang diinginkan pembuat. Dengan melakukan

modularitas pada jig maka akan mengurangi biaya pembuatan rangka sepeda apabila

suatu saat ingin membuat kembali sepeda dengan skala yang berbeda.

2.2.9.2 Kemudahan Dalam Mengoperasikan

Dengan membuat alat yang sederhana maka akan lebih mudah dalam

mengoperasikannya. Dengan membuat perancangan alat bantu ini yang sederhana

dan mudah di operasikan, maka waktu dalam produksi bisa dikurangi dan dapat

mengurangi biaya pembuatan sepeda. Menurunkan waktu dan biaya produksi akan

menjadikan sepeda sebagai salah satu pilihan masyarakat dalam bertransportasi

karena lebih terjangkau. Maka akan meningkatkan kualitas hidup masyarakat dan

menjadikan masyarakat yang lebih sehat serta dapat mengurangi polusi udara.

2.2.9.3 State of The Art (SOTA)

Tentu saja state of the art dari sebuah modular sangat penting untuk diketahui

sebagai bahan pertimbangan dalam pembuatan alat. Perkembangan perangkat alat

sejauh ini sudah dibuat secara komersil dan dijual secara online sesuai pesanan

namun pemasarannya masih jarang. Hal ini karena kebutuhan akan alat bantu

produksi rangka sepeda masih jarang dan hanya diperlukan bagi produsen rangka

sepeda saja. Pembuatan alat bantu tersebut baru sebatas homebulit saja atau

pembuatannya didasarkan kebutuhan pribadi seseorang atau kelompok. Produsen

rangka sepeda biasanya membuat sendiri alat penepat rangka sepeda dengan

perancangan sesuai kebutuhannya. Ada dua jenis alat penepat rangka sepeda secara

umum yaitu Backing Plate dan Frame. Pernyataan tersebut juga dikemukakan dalam

penelitian TA mahasiswa Worchester Polytechnic Institute.

2.2.9.3.1 Backing Plate Jig

Yang paling umum jenis alat penepat yang digunakan selama pencarian

online yaitu bucking plate seperti pada Gambar II.14 dan Gambar II.15. Rangka

sepeda dibuat pada sebuah pelat rata yang terbuat dari kayu, besi atau alumunium.

perlataan Backing Plate (BPJ) terdiri dari pelat dan pemegang (holder) atau

pemegang sambungan rangka untuk mendukung dan menyelaraskan antar batang

sepeda. BPJ menggunakan perlengkapan yang relatif kecil dan sederhana. Selain itu,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

BPJ dapat berorientasi secara vertikal atau horisontal berdasarkan kebutuhan

perakitan. Salah satu kekurangan backing plate adalah akses ke sisi rangka sepeda

terlalu dekat dengan pelat backing.

Gambar II-14 Bucking Plate (https://fernandoj.wordpress.com/2013/12/09/bicycle-frame-jigs-12/)

Gambar II-15 Bucking Plate

2.2.9.3.2 Frame

Tipe frame ini lebih rumit daripada BPJ karena lebih banyak membutuhkan

peralatan dan perlengkapan. Meskipun tipe frame lebih rumit tetapi dalam perakitan

rangka sepeda lebih banyak akses yang di dapatkan. Gambar II.16 adalah contoh tipe

frame. Gambar II.16 merupakan tipe frame yang terbuat dari metal yang memiliki

pendukung peralatan dari bagian bawah rangka sepeda. Gambar II.17 merupakan

contoh tipe frame yang terbuat dari kayu berbentuk rangka persegi. Gambar II.17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26

memiliki keunggulan di banding Gambar II.16 karena dapat dioreintasikan dari arah

mana saja.

Gambar II-16 Frame alumunium (https://www.flickr.com/photos/98796928@N07/13906449385/in/photostream/)

Gambar II-17 Tipe frame kayu

2.2.9.4 Toleransi Rangka Sepeda

Penting untuk diingat bahwa sepeda atau rangka tidak perlu sempurna selaras

untuk berkinerja baik. Semua komponen dan rangka yang dibuat sesuai dengan

toleransi tertentu. Penyelarasan rangka harus diperiksa untuk mengatasi masalah dan

gejala tertentu. Jika sepeda tidak menunjukkan gejala kesejajaran, mungkin tidak

perlu diperbaiki.

Setiap produsen manufaktur sepeda biasanya sudah menentukan toleransi

rangka sepeda yang dibuat. Misalnya salah satu perusahaan manufaktur sepeda

condor pada buku manualnya memberikan toleransi rangka sepeda sebesar 3 mm.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

27

Maka dengan demikian untuk membuat perakitan rangka pada alat penepat ini harus

mementukan dahulu toleransinya.