TUGAS AKHIR – TM 090340

UJI TEORITIS KEKUATAN TARIK KOMPOSIT LAMINA E-GLASS CONTINUOUS ROVING/RESIN POLYESTER

DENGAN MENGGUNAKAN MATLAB

Oleh :

Rachmadi Norcahyo

2109 030 016

Program Studi D3 Teknik Mesin

Fakultas Teknologi Industri

Institut teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya

2012

Pembimbing :

Ir. Eddy Widiyono, M.Sc

• Penggunaan material komposit sebagai substitusi material logam yang makin luas di berbagai produk

• Berkembangnya pengujian kekuatan mekanik material yang makin mengarah ke pengujian secara teoritis yang tidak membutuhkan pengujian eksperimen

Latar Belakang

• Apakah software matlab dapat digunakan sebagai alternatif untuk menghitung kekuatan tarik komposit lamina serat unidirectional

• Pengaruh fraksi volume dan sudut arah serat terhadap modulus elastisitas, ultimate tensile strength, elongasi maksimum, poisson’s ratio, dan modulus geser komposit lamina serat uniderctional

Rumusan Masalah

•Software matlab = alternatif pengujian kekuatan tarik

Tujuan

•Mengetahui Pengaruh fraksi volume dan sudut arah serat terhadap modulus elastisitas, ultimate tensile strength, elongasi maksimum, poisson’s ratio, dan modulus geser komposit laina serat unidirectional

• Serat E-Glass Continuous Roving • Matrik Polyester Resin • Komposisi yang digunakan yaitu

– 40 % fiber + 60% resin dengan sudut serat 0°-90 ° dengan interval sudut 5°

– 30 % fiber + 70% resin dengan sudut serat 0°-90 ° dengan interval sudut 5°

– 20 % fiber + 80% resin dengan sudut serat 0°-90 ° dengan interval sudut 5°

• Merujuk pada standard ASTM D3039 • Tidak membahas reaksi kimia antara resin, fiber dan katalis • Void diabaikan • Perubahan sudut arah serat hanya mempengaruhi kekuatan

tarik dari fiber saja

Batasan Masalah

Pemilihan Bahan

Resin

Fiber Glass

Pembuatan Software

Pembahasan dan Analisa

1. Jenis Komposit

Komposit lamina serat unidirectional

2 Resin

Memakai jenis Resin Polyester

3. Fiber glass

Memakai jenis E-Glass Continuous Roving

4. Pembuatan Software

Sifat Mekanik Satuan E-Glass Roving Polyester Resin

Poisson’s Ratio GPa 0.2 0.39

Modulus Elastisitass Gpa 12.16 1.7

Modulus Geser Gpa 5.5 0.7

Tensile Strength Gpa 0.65 0.09

Maksimum Stran - 0.018 0.05

DEMO

HASIL PENELITIAN

No Fraksi Volume Sudut Modulus Elastisitas

1 40/60 0 599,933

2 40/60 5 587,301

3 40/60 10 553,287

4 40/60 15 506,953

5 40/60 20 457,585

6 40/60 25 411,573

7 40/60 30 372,047

8 40/60 35 339,872

9 40/60 40 314,718

10 40/60 45 295,766

11 40/60 50 282,078

12 40/60 55 272,743

13 40/60 60 266,916

14 40/60 65 263,803

15 40/60 70 262,649

16 40/60 75 262,727

17 40/60 80 263,364

18 40/60 85 264,000

19 40/60 90 264,257

No Fraksi Volume Sudut Modulus Elastisitas

1 30/70 0 493,282

2 30/70 5 484,357

3 30/70 10 460,046

4 30/70 15 426,261

5 30/70 20 389,389

6 30/70 25 354,162

7 30/70 30 323,210

8 30/70 35 297,510

9 30/70 40 277,070

10 30/70 45 261,433

11 30/70 50 249,971

12 30/70 55 242,021

13 30/70 60 236,935

14 30/70 65 234,087

15 30/70 70 232,871

16 30/70 75 232,703

17 30/70 80 233,044

18 30/70 85 233,449

19 30/70 90 233,620

No Fraksi Volume Sudut Modulus Elastisitas

1 20/80 0 386,632

2 20/80 5 381,530

3 20/80 10 367,360

4 20/80 15 346,981

5 20/80 20 323,766

6 20/80 25 300,569

7 20/80 30 279,287

8 20/80 35 260,909

9 20/80 40 245,770

10 20/80 45 233,811

11 20/80 50 224,761

12 20/80 55 218,251

13 20/80 60 213,872

14 20/80 65 211,197

15 20/80 70 209,797

16 20/80 75 209,255

17 20/80 80 209,190

18 20/80 85 209,291

19 20/80 90 209,348

Modulus Elastisitas

Modulus Elastisitas

599.933

493.282

386.632

0.000

100.000

200.000

300.000

400.000

500.000

600.000

700.000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

Mo

du

lus

Ela

stis

ita

s (K

gf/

mm

2)

Sudut Serat (°) 40/60 30/70

20/80

No Fraksi Volume Sudut UTS

1 40/60 0 28,3816

2 40/60 5 28,2807

3 40/60 10 27,9788

4 40/60 15 27,4783

5 40/60 20 26,7829

6 40/60 25 25,8978

7 40/60 30 24,8300

8 40/60 35 23,5874

9 40/60 40 22,1795

10 40/60 45 20,6171

11 40/60 50 18,9120

12 40/60 55 17,0773

13 40/60 60 15,1268

14 40/60 65 13,0754

15 40/60 70 10,9388

16 40/60 75 8,7332

17 40/60 80 6,4753

18 40/60 85 4,1825

19 40/60 90 1,8720

No Fraksi Volume Sudut UTS

1 30/70 0 22,0662

2 30/70 5 21,9905

3 30/70 10 21,7641

4 30/70 15 21,3887

5 30/70 20 20,8671

6 30/70 25 20,2034

7 30/70 30 19,4025

8 30/70 35 18,4705

9 30/70 40 17,4146

10 30/70 45 16,2428

11 30/70 50 14,9640

12 30/70 55 13,5879

13 30/70 60 12,1251

14 30/70 65 10,5866

15 30/70 70 8,9841

16 30/70 75 7,3299

17 30/70 80 5,6365

18 30/70 85 3,9168

19 30/70 90 2,1840

No Fraksi Volume Sudut UTS

1 20/80 0 15,7508

2 20/80 5 15,7003

3 20/80 10 15,5494

4 20/80 15 15,2991

5 20/80 20 14,9514

6 20/80 25 14,5089

7 20/80 30 13,9750

8 20/80 35 13,3537

9 20/80 40 12,6497

10 20/80 45 11,8685

11 20/80 50 11,0160

12 20/80 55 10,0986

13 20/80 60 9,1234

14 20/80 65 8,0977

15 20/80 70 7,0294

16 20/80 75 5,9266

17 20/80 80 4,7977

18 20/80 85 3,6512

19 20/80 90 2,4960

Ultimate Tensile Strength

Ultimate Tensile Strength

28.3816

22.0662

15.7508

0.0000

5.0000

10.0000

15.0000

20.0000

25.0000

30.0000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

UTS

(Kgf

/mm

2)

Sudut Serat (°) 40/60 30/70

20/80

No Fraksi Volume Sudut Maksimum Strain

1 40/60 0 0,01800

2 40/60 5 0,01204

3 40/60 10 0,01217

4 40/60 15 0,01239

5 40/60 20 0,01272

6 40/60 25 0,01315

7 40/60 30 0,01372

8 40/60 35 0,01444

9 40/60 40 0,01536

10 40/60 45 0,01652

11 40/60 50 0,01801

12 40/60 55 0,01994

13 40/60 60 0,02252

14 40/60 65 0,02605

15 40/60 70 0,03114

16 40/60 75 0,03900

17 40/60 80 0,05000

18 40/60 85 0,05000

19 40/60 90 0,05000

No Fraksi Volume Sudut Maksimum Strain

1 30/70 0 0,01800

2 30/70 5 0,01204

3 30/70 10 0,01217

4 30/70 15 0,01238

5 30/70 20 0,01269

6 30/70 25 0,01311

7 30/70 30 0,01365

8 30/70 35 0,01434

9 30/70 40 0,01521

10 30/70 45 0,01630

11 30/70 50 0,01770

12 30/70 55 0,01949

13 30/70 60 0,02184

14 30/70 65 0,02501

15 30/70 70 0,02947

16 30/70 75 0,03612

17 30/70 80 0,04698

18 30/70 85 0,05000

19 30/70 90 0,05000

No Fraksi Volume Sudut Maksimum Strain

1 20/80 0 0,01800

2 20/80 5 0,01204

3 20/80 10 0,01215

4 20/80 15 0,01235

5 20/80 20 0,01264

6 20/80 25 0,01303

7 20/80 30 0,01352

8 20/80 35 0,01415

9 20/80 40 0,01494

10 20/80 45 0,01592

11 20/80 50 0,01716

12 20/80 55 0,01872

13 20/80 60 0,02072

14 20/80 65 0,02334

15 20/80 70 0,02689

16 20/80 75 0,03189

17 20/80 80 0,03939

18 20/80 85 0,05000

19 20/80 90 0,05000

Maksimum Strain

Maksimum Strain

0.01800

0.05000

0.00000

0.01000

0.02000

0.03000

0.04000

0.05000

0.06000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

Stra

in (

mm

/mm

)

Sudut Serat (°) 40/60 30/70

20/80

No Fraksi Volume Sudut Poisson’s Ratio

1 40/60 0 32,0154

2 40/60 5 31,9891

3 40/60 10 31,8989

4 40/60 15 31,7211

5 40/60 20 31,4334

6 40/60 25 31,0189

7 40/60 30 30,4628

8 40/60 35 29,7497

9 40/60 40 28,8616

10 40/60 45 27,7791

11 40/60 50 26,4838

12 40/60 55 24,9641

13 40/60 60 23,2254

14 40/60 65 21,3047

15 40/60 70 19,2892

16 40/60 75 17,0334

17 40/60 80 15,6572

18 40/60 85 14,5112

19 40/60 90 14,1021

No Fraksi Volume Sudut Poisson’s Ratio

1 30/70 0 33,9527

2 30/70 5 33,8095

3 30/70 10 33,4232

4 30/70 15 32,8829

5 30/70 20 32,2583

6 30/70 25 31,5776

7 30/70 30 30,8372

8 30/70 35 30,0180

9 30/70 40 29,0947

10 30/70 45 28,0415

11 30/70 50 26,8353

12 30/70 55 25,4613

13 30/70 60 23,9209

14 30/70 65 22,2436

15 30/70 70 20,5025

16 30/70 75 18,8264

17 30/70 80 17,3986

18 30/70 85 16,4264

19 30/70 90 16,0801

No Fraksi Volume Sudut Poisson’s Ratio

1 20/80 0 35,8899

2 20/80 5 35,6252

3 20/80 10 34,9177

4 20/80 15 33,9574

5 20/80 20 32,9165

6 20/80 25 31,8909

7 20/80 30 30,9093

8 20/80 35 29,9618

9 20/80 40 29,0225

10 20/80 45 28,0621

11 20/80 50 27,0540

12 20/80 55 25,9796

13 20/80 60 24,8335

14 20/80 65 23,6308

15 20/80 70 22,4164

16 20/80 75 21,2713

17 20/80 80 20,3105

18 20/80 85 19,6627

19 20/80 90 19,4332

Poisson’s Ratio

32.0154

33.9527

35.8899

0.0000

5.0000

10.0000

15.0000

20.0000

25.0000

30.0000

35.0000

40.0000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

Po

isso

n R

atio

(Kgf

/mm

2)

Sudut Serat (°) 40/60 30/70

20/80

Poisson’s Ratio

No Fraksi Volume Sudut Modulus Geser

1 40/60 0 109,650

2 40/60 5 110,609

3 40/60 10 113,466

4 40/60 15 118,142

5 40/60 20 124,431

6 40/60 25 131,905

7 40/60 30 139,794

8 40/60 35 146,960

9 40/60 40 152,047

10 40/60 45 153,898

11 40/60 50 152,047

12 40/60 55 146,960

13 40/60 60 139,794

14 40/60 65 131,905

15 40/60 70 124,431

16 40/60 75 118,142

17 40/60 80 113,466

18 40/60 85 110,609

19 40/60 90 109,650

No Fraksi Volume Sudut Modulus Geser

1 30/70 0 96,686

2 30/70 5 97,449

3 30/70 10 99,714

4 30/70 15 103,396

5 30/70 20 108,302

6 30/70 25 114,062

7 30/70 30 120,062

8 30/70 35 125,4400

9 30/70 40 129,2190

10 30/70 45 130,5850

11 30/70 50 129,2190

12 30/70 55 125,4400

13 30/70 60 120,0620

14 30/70 65 114,0620

15 30/70 70 108,3020

16 30/70 75 103,3960

17 30/70 80 99,7142

18 30/70 85 97,4490

19 30/70 90 96,6862

No Fraksi Volume Sudut Modulus Geser

1 20/80 0 86,4639

2 20/80 5 87,0041

3 20/80 10 88,5980

4 20/80 15 91,1565

5 20/80 20 94,5042

6 20/80 25 98,3478

7 20/80 30 102,2560

8 20/80 35 105,6790

9 20/80 40 108,0400

10 20/80 45 108,8850

11 20/80 50 108,0400

12 20/80 55 105,6790

13 20/80 60 102,2560

14 20/80 65 98,3478

15 20/80 70 94,5042

16 20/80 75 91,1565

17 20/80 80 88,5950

18 20/80 85 87,0041

19 20/80 90 86,4639

Modulus Geser

153.898

130.5850

108.8850

0.000

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

160.000

180.000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

Mo

du

lus

Ge

ser

(Kgf

/mm

2)

Sudut Serat (°) 40/60 30/70

20/80

Modulus Geser

• Dari hasil penelitian diketahui bahwa software matlab dapat menjadi alternatif untuk menghitung kekuatan tarik komposit lamina serat unidirectional

• Perubahan sudut arah serat pada mempengarui kekuatan tarik komposit lamina serat unidirectional. Modulus Elastisitas, Ultimate Tensile Strength dan Poisson’s Ratio terbesar didapat pada sudut 0° pada semua fraksi volume. Dan untuk modulus geser terbesar didapat pada sudut 45 ° pada semua fraksi volume.

KESIMPULAN

• Dari pengujian tarik secara teoritis didapatkan bahwa fraksi volume fiber dan matrik mempengaruhi kekuatan tarik pada komposit lamina serat unidirectional.

• Ultimate Tensile Strength terbesar 28,3816 Kgf/mm² dimiliki oleh komposit dengan komposisi 60% Polyester Resin, 40% E-Glass.

• Modulus Elastisitas terbesar 599,933 Kgf/mm²

• Modulus Geser terbesar 153,898 Kgf/mm²

• Poisson’s ratio terbesar didapat dari komposisi 20% fiber dan 80% matrik sebesar 35,8899 Kgf/mm².

KESIMPULAN

Wassalamualaikum Wr. Wb.

Terima Kasih