simulasi pembebanan tekan struktur sarang lebah komposit ...

i

SKRIPSI

SIMULASI PEMBEBANAN TEKAN STRUKTUR SARANG

LEBAH KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT KACA

Disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan studi

Jenjang Strata 1 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri

Institute Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta

Disusun Oleh:

RIO FAHRY PRATAMA

141.03.1145

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND

YOGYAKARTA

FEBRUARI 2020

ii

THESIS

COMPRESSION LOAD OF FIBERGLASS REINFORCED

COMPOSITE HONEYCOMB STRUCTURE SIMULATION

Submitted in partial fulfillment of the requirement for the Sarjana

By: RIO FAHRY PRATAMA

141.03.1145

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

INDUSTRIAL TECHNOLOGY FACULTY

INSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND

YOGYAKARTA

FEBRUARI 2020

vi

HALAMAN MOTTO

“Wa man jaahada fa innamaa yujaahidu linafsih innalloha

laghoniyyun anil-aalamiin”

“Barang siapa bersungguh-sungguh, sesungguhnya

kesungguhan tersebut untuk kebaikan dirinya sendiri, sungguh Allah

maha kaya (tidak memerlukan sesuatu) dari seluruh alam”

(Qs. Al-Ankabut: 6)

“Life is like riding bicycle. To keep your balance, you must keep

moving”

“Hidup seperti mengendarai sepeda, untuk tetap seimbang, kamu

harus tetap bergerak”

(Albert Einstein)

“Thoughts give birth t actions. Actions spawned a habit, habit

bore the character, and the character created fate”

“Pikiran melahirkan tindakan, tindakan melahirkan kebiasaan,

kebiasaan melahirkan karakter, dan karakter menciptakan nasib”

(Aristoteles)

vii

KATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan segala puji syukur kehadirat Allah SWT atas

rahmat, barokah dan hidayah-Nya dan sholawat serta salam saya haturkan kepada

Nabi Muhammad SAW, sehingga penyusun dapat menyelesaikan skripsi ini

dengan judul “SIMULASI PEMBEBANAN TEKAN STRUKTUR SARANG

LEBAH KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT KACA”.

Penyusun mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah

dengan ikhlas membantu penyusunan laporan ini, dan penyusun mengucapkan

terimakasih kepada :

1. Kedua orang tua yang senantiasa memberikan doa dan dukungan.

2. Bapak Dr. Ir. Amir Hamzah, M.T selaku Rektor Institut Sains &

Teknologi AKPRIND Yogyakarta,

3. Ibu Nidia Lestari, ST., M.Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin

Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta,

4. Bapak Ellyawan S. Arbintarso, ST., M.Sc., Ph.D selaku Dosen

Pembimbing Pertama yang bersedia memberikan pengarahan, ide, dan

masukan,

5. Bapak Dr. Hadi Saputra, ST., M.Eng selaku Pembimbing Kedua yang

juga bersedia memberikan pengarahan hingga skripsi ini selesai,

6. Teman-teman Teknik Mesin Institut Sains & Teknologi AKPRIND

Yogyakarta,

Penyusun menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penulisan

skripsi ini dan jauh dari sempurna. Oleh karena itu segala kritik dan saran

agar dapat lebih sempurna. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi

semua pihak yang membacanya. Terima kasih.

Yogyakarta, 20 Februari 2020

Penyusun

Rio Fahry Pratama

NIM. 141.03.1145

viii

ABSTRAK

Dalam simulasi digunakan jenis material komposit berpenguat serat kaca yang

dipadukan dengan struktur sarang lebah khususnya sandwich. Penggunaan

material komposit ini sendiri dipilih karena ramah lingkungan dan dapat di daur

ulang kembali yang merupakan tuntutan teknologi modern. Penggunaan material

komposit berpenguat serat kaca dipilih karena merupakan bahan yang ringan,

kuat dan juga murah. Pengujian material dilakukan untuk mengetahui kekuatan

tekan dari material komposit itu sendiri. Dari data uji yang didapatkan,

menunjukan kemampuan dari bangun konstruksi sarang lebah dengan hasil

beban rata-rata adalah 8080 N, 5566 N dan 4216 N. Solidworks merupakan

software simulasi yang digunakan untuk membandingkan kemampuan maksimal

tegangan, regangan dan displacement hasil pengujian material dengan hasil

simulasi. Jenis simulasi yang digunakan adalah static simulation. Dari data hasil

simulasi yang didapatkan menunjukan area kritis untuk tegangan masing-masing

adalah 17,47 MPa, !0,98 MPa dan 8,11 MPa. Untuk regangan hasil yang

didapatkan adalah 1,8 mm, 1,15 mm dan 2,07 mm.

Kata kunci: serat kaca, sarang lebah, solidworks

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ………………………………………………………….. i

HALAMAN JUDUL DALAM BAHASA INGGRIS ………………………. ii

LEMBAR KEASLIAN SKRIPSI ……………………………………………. iii

LEMBAR PENGESAHAN ………………………………………………….. iv

LEMBAR PENGUJIAN …………………………………………………….. v

HALAMAN MOTTO ……………………………………………………….. vi

KATA PENGANTAR ………………………………………………………... vii

ABSTRAK ……………………………………………………………………. viii

DAFTAR ISI …………………………………………………………………. ix

DAFTAR GAMBAR …………………………………………………………. x

DAFTAR TABEL …………………………………………………………….. xi

DAFTAR GRAFIK …………………………………………………………… xii

BAB I PENDAHULUAN ……………………………………………………… 1

1.1 Latar Belakang …………………………………………………….. 1

1.2 Rumusan Masalah …………………………………………………. 2

1.3 Batasan Masalah …………………………………………………… 2

1.4 Tujuan ………………………………………………………………. 2

1.5 Manfaat ……………………………………………………………... 2

BAB II LANDASAN TEORI ………………………………………………….. 4

2.1 Tinjauan Pustaka …………………………………………………... 4

2.2 Komposit ……………………………………………………………. 5

2.2.1 Definisi Komposit ………………………………………… 5

2.2.2 Klasifikasi Material Komposit ………………………….. 6

2.3 Struktur Honeycomb Sandwich …………………………………… 7

2.3.1 Komposit Sandwich ……………………………………… 7

2.3.2 Konfigurasi Cell Honeycomb ……………………………. 8

2.4 Tegangan dan Regangan pada Material Anisotropik …………... 10

2.4.1 Hukum Hooke …………………………………………… 11

2.4.2 Energi Regangan ………………………………………... 12

2.5 Uji Tekan ………………………………………………………….. 14

2.6 Finite Element Analysis (FEA) pada Struktur Sandwich ………. 15

2.6.1 Elemen Tetrahedra ……………………………………... 16

BAB III METODE PENELITIAN …………………………………………... 23

3.1 Diagram Alir Penelitian …………………………………………... 23

3.2 Proses Rancang Bangun Konstruksi …………………………….. 24

3.2.1 Alat dan Bahan ………………………………………….. 24

3.3 Prosedur Pengujian ……………………………………………….. 25

x

3.3.1 Benda Uji ………………………………………………… 25

3.3.2 Metode Pembuatan Benda Uji …………………………. 25

3.3.3 Proses Pembuatan Benda Uji …………………………... 26

3.4 Langkah Pengujian ……………………………………………….. 30

3.5 Langkah Pembuatan Desain ……………………………………... 31

BAB IV ANALISA HASIL PENGUJIAN DAN SIMULASI PEMBEBANAN

TEKAN STRUKTUR SARANG LEBAH KOMPOSIT

BERPENGUAT SERAT KACA ……………………………………... 42

4.1 Hasil Pengujian Tekan ……………………………………………. 42

4.2 Proses Static Simulation …………………………………………... 43

4.2.1 Validasi untuk Mesh ……………………………………. 43

4.2.2 Perhitungan dengan Metode Elemen Hingga ……….... 44

4.2.3 Proses Simulasi ………………………………………….. 45

4.3 Hasil Static Simulation ……………………………………………. 54

4.3.1 Hasil Simulasi Benda Uji 50mm ……………………….. 54

4.3.2 Hasil Simulasi Benda Uji 75mm ……………………….. 56

4.3.3 Hasil Simulasi Benda Uji 100mm ……………………… 58

4.4 Perbandingan Hasil Simulasi Statis ……………………………... 60

4.5 Perhitungan Hasil Uji Benda …………………………………….. 61

4.6 Perbandingan Hasil Simulasi dengan Pengujian ………………. 62

BAB V PENUTUP ……………………………………………………………. 64

5.1 Kesimpulan ……………………………………………………….. 64

5.2 Saran ………………………………………………………………. 65

DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………. 66

LAMPIRAN …………………………………………………………………… 68

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Struktur Komposit ..................................................................... 5

Gambar 2.2 Klasifikasi Bahan Komposit yang Umum dikenal ................... 6

Gambar 2.3 Struktur Honeycomb .................................................................. 7

Gambar 2.4 Konstruksi Sandwich .................................................................. 7

Gambar 2.5 Hexagonal Core ........................................................................... 8

Gambar 2.6 Reinforeced Hexagonal Core ...................................................... 8

Gambar 2.7 Ox-Core ........................................................................................ 9

Gambar 2.8 Flec-Core ...................................................................................... 9

Gambar 2.9 Double-Flex ................................................................................. 10

Gambar 2.10 Dimensi Spesimen Benda Uji ................................................... 15

Gambar 2.11 Bentuk Elemen Pada Tetrahedra ............................................ 16

Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan ........................................................ 23

Gambar 3.2 Dimensi Spesimen Benda Uji ..................................................... 25

Gambar 3.3 Lembaran Komposit ................................................................... 27

Gambar 3.4 Honeycomb 50mm ....................................................................... 27

Gambar 3.5 Honeycomb 75mm ....................................................................... 28

Gambar 3.6 Honeycomb 100mm ..................................................................... 28

Gambar 3.7 Cetakan facesheet ....................................................................... 28

Gambar 3.8 Spesimen yang sudah siap Uji ................................................... 30

Gambar 3.9 Pengujian Tekan ......................................................................... 30

Gambar 3.10 Tampilan Awal Solidworks 2014 ............................................. 31

Gambar 3.11 Membuat Part Baru ................................................................. 31

Gambar 3.12 Membuat Garis Awal ............................................................... 32

Gambar 3.13 Bentuk Awal .............................................................................. 32

Gambar 3.14 Gambar Awal dengan Ukuran ................................................ 33

Gambar 3.15 Copy Gambar awal ................................................................... 33

Gambar 3.16 Hasil Copy Entities .................................................................... 34

Gambar 3.17 Penggabungan Gambar 1 dan 2 .............................................. 34

Gambar 3.18 Gambar Part Honeycomb ......................................................... 35

Gambar 3.19 Proses Rotate Entities ................................................................ 35

Gambar 3.20 Part 50mm ................................................................................. 36

Gambar 3.21Part 74mm .................................................................................. 36

Gambar 3.22 Part 10mm ................................................................................. 36

Gambar 3.23 Proses Assembly ........................................................................ 37

Gambar 3.24 Proses Assembly mate Coincident ............................................. 38

Gambar 3.25 Proses Pembuatan Honeycomb 50mm .................................... 39

Gambar 3.26 Proses Pembuatan Benda Uji 50mm ....................................... 40

Gambar 3.27 Spesimen Honeycomb 75mm .................................................... 41

Gambar 3.28 Spesimen Honeycomb 100mm .................................................. 41

Gambar 4.1 Validasi Mesh .............................................................................. 43

Gambar 4.1 Tampilan Solidworks Simulation ............................................... 45

xii

Gambar 4.2 Tampilan New Study ................................................................... 45

Gambar 4.3 Tampilan Pilihan Jenis Simulasi ............................................... 46

Gambar 4.4 Proses Pemilihan Jenis Material ............................................... 46

Gambar 4.5 Pilih Material fiberglass composite ............................................ 47

Gambar 4.6 Menentukan Titik Tumpu ......................................................... 47

Gambar 4.7 Proses Fixed Geometry ................................................................ 48

Gambar 4.8 Menentukan Bagian yang Menerima Tekanan ....................... 48

Gambar 4.9 Proses Force ................................................................................ 49

Gambar 4.10 Proses Input 8080 N .................................................................. 49

Gambar 4.11 Proses Contact ........................................................................... 50

Gambar 4.12 Component Contact ................................................................... 50

Gambar 4.13 Proses Create Mesh .................................................................. 51

Gambar 4.14 Proses Mesh ............................................................................... 51

Gambar 4.15 Run Static Simulation ................................................................ 53



Gambar 4.18 Hasil Stress dengan Beban 8080 N .......................................... 54

Gambar 4.19 Hasil Displacement dengan Beban 8080 N .............................. 55

Gambar 4.20 Hasil Strain dengan Beban 8080 N .......................................... 56







xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Spesimen Uji Tekan …………………………………………. 42

Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian ……………………………………………… 43

xiv

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 Perbandingan Perhitungan Analitis dengan Hasil Simulasi …... 44

Grafik 4.2 Perbandingan Tiap Spesimen Pada Simulasi Statis ……………. 60

Grafik 4.3 Perbandingan Tegangan …………………………………………. 62

Grafik 4.4 Perbandingan Regangan …………………………………………. 63

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam dunia modern ini pengguna material komposit mulai banyak

dikembangkan dalam dunia industri manufaktur. Komposit banyak

dikembangkan karena memiliki sifat yang diinginkan dan tidak terdapat pada

material lain apabila berdiri sendiri. Pada dasarnya material komposit

merupakan gabungan dari dua atau lebih material yang berbeda menjadi satu

bentuk unit mikroskopik, yang terbuat dari bermacam-macam kombinasi sifat

atau gabungan antara serat dan matrik.

Saat ini bahan komposit yang diperkuat dengan serat merupakan bahan

teknik yang banyak digunakan karena kakuatan dan kekakuan spesifik yang

jauh di atas bahan teknik pada umumnya, sehingga sifatnya dapat didesain

mendekati kebutuhan.

Penggunaan material untuk konstruksi dengan beban tekan saat ini di

dominasi oleh logam dan komposit beton, dimana konstruksi ini mempunyai

kekurangan yaitu mahal dan berat sehingga perlu diadakan alternatif

komposit lain yang lebih murah dan juga lebih ringan.

Dalam penelitian ini akan dilakukan rancangan desain untuk simulasi

pembebanan tekan struktur sarang lebah berpenguat serat kaca dan

menganalisa kekuatan tekan dari rancangan menggunakan software

solidworks. Penelitian ini dilakukan karena perhitungan secara manual harus

berdasarkan dimensi konstruksi, perubahan dimensi menyebabkan

perhitungan menjadi tidak sesuai sehingga perlu dilakukan perhitungan secara

simulasi menggunakan perangkat lunak, dimana akan mempermudah dan

mempercepat hasil perhitungannya.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas, dapat dirumuskan masalah, yaitu

bagaimana merancang desain dan simulasi pembebanan tekan struktur sarang

lebah komposit berpenguat serat kaca?

2

1.3 Batasan Masalah

Agar penelitian dan pengujian terfokus pada hal-hal yang berkaitan

langsung dengan permasalahan utama maka sebagai batasan masalahnya

adalah:

1. Merancang desain struktur sarang lebah komposit berpenguat serat

kaca untuk konstruksi tekan dengan perbandingan sisi dan tinggi 1:1,

1:1,5 dan 1:2.

2. Analisis Elemen Hingga (Finite Element Analysis) pembebanan tekan

yang terintegrasi pada software CAD Solidworks.

1.4 Tujuan

Adapun tujuan dan manfaat yang ingin dicapai dalam penelitian pengujian

ini adalah sebagai berikut:

1. Memahami cara merancang dan membuat struktur komposit sandwich

dengan core honeycomb dari fiberglass.

2. Memprediksi kekuatan tekan struktur tersebut dengan menggunakan

analisa metode elemen hingga.

3. Menghitung kekuatan tekan struktur tersebut sesuai standar ASTM

D143 (ASTM 2008)

4. Membandingkan hasil prediksi dengan metode elemen hingga pada

perangkat lunak CAD Solidworks dengan hasil pengujian.

1.5 Manfaat

Dari tujuan penelitian diatas, diharapkan didapatkan manfaat yang dicapai

sebagai berikut:

1. Pembaca dapat memahami efisiensi dari proses perancangan dan

pembuatan struktur komposit Sandwich.

2. Mengenalkan kepada pembaca tentang penggunaan simulasi komputer

untuk merencanakan proses manufaktur.

3. Mengetahui struktur komposit sandwich dengan beban tekan sesuai

dengan standar ASTM D143.

3

4. Sebagai referensi untuk penelitian lebih lanjut mengenai simulasi

pembebanan tekan komposit serat kaca.

5. Sebagai bentuk aplikasi praktis dilapangan terhadap mata kuliah yang

didapat oleh mahasiswa dibangku perkuliahan.

4

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Takagi, (2017) dkk melakukan penelitian Compression Characteristics of

Honeycomb Sandwich Panels to Improve Their Impact Resistances, dalam

penelitian ini honeycomb sandwich panels adalah jenis komposit yang dibuat

dengan ikatan inti material dari struktur sarang lebah dengan permukaan plat

yang tipis. Sejak komposit sarang lebah ini memiliki kelebihan ringan dan

performances berkekuatan tinggi, komposit ini banyak digunakan di banyak

bidang. Namun, data tentang sifat tahan dampak dari panel komposit ini tidak

banyak dipublikasikan dan metode pengujian tidak ditentukan dengan jelas.

Karena itu dalam penelitian ini tegangan tekuk komposit secara eksperimental

dievaluasi sehubungan dengan berbagai variable desain, seperti ketebalan

foil, ukuran sel, dan dimensi spesimen struktur sarang lebah. Sebagai

kesimpulan, dibawah pemuatan tekan untuk honeycomb sandwich panels, inti

sarang lebah mengalami buckling sebelum mencapai titik yang dihasilkan dan

menyebabkan bahaya panel terdegradasi dari kadar aslinya.

Andrzej, (2014) dkk melakukan penelitian Characterization of Quasi-

Static Behavior of Honeycomb Core Sandwich Struktures, penelitian tersebut

menggunakan material glass fiber–reinforced polymer(GFRP) dengan

struktur sarang lebah untuk uji lengkung tiga titik. Pada pengujian tersebut

beban maksimal yang dapat diterima spesimen dengan nilai tegangan 52,61

Mpa dan nilai regangan 1,59%.

Harsi, (2015) dkk melakukan penelitian Karakteristik Kekuatan Bending

dan Kekuatan Tekan Komposit Serat Hybrid Kapas/Gelas Sebagai Pengganti

Produk Kayu, Pengujian tekan dilakukan terhadap spesimen batang uji yang

standar. Bahan yang akan diuji mula-mula dibuat menjadi batang uji dengan

bentuk sesuai standar tertentu. Pada bagian tengah batang uji merupakan

bagian yang menerima tegangan, pada bagian ini diukur panjang batang uji,

yaitu bagian yang dianggap menerima pengaruh pembebanan.

5

Dari data uji kekuatan tekan yang didapatkan, menunjukan bahwa harga

kekuatan tekan rata-rata komposit serat hybrid kapas/gelas khususnya pada

variasi fraksi volume 20% : 10% dan 0% : 30% yakni dengan harga berturut-

turut sebesar 37,74 MPa dan 47,53 MPa, disini menunjukan harga kekuatan

tekan yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan harga kekuatan tekan dari

sampel kayu mahoni yang digunakan sebagai pembanding yaitu sebesar 36,78

MPa.

2.2 Komposit

2.2.1 Definisi Komposit

Komposit seperti pada Gambar 2.1 dapat didefinisikan sebagai material

yang terdiri dari dua atau lebih bahan yang berbeda yang digabung atau

dicampur menjadi satu secara makroskopis. Ini berbeda dengan paduan atau

alloy, yang penggabungan unsur-unsurnya dilakukan secara mikroskopis.

Keunggulan bahan komposit disini adalah penggabungan sifat-sifat unggul

masing-masing unsur pembentuknya tersebut. (Hadi, 2000, hal:1)

Gambar 2.1 Struktur Komposit.

(N. Siva dan Paul 2015)

6

2.2.2 Klasifikasi Material Komposit

Material komposit secara umum dapat diklasifikasikan seperti

terlihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Klasifikasi bahan komposit yang umum dikenal

(Hadi, 2000, hal:3)

Pada prinsipnya material komposit dapat di kelompokan menjadi

komposit serat (fiber composite) dan komposit partikel (particulate

composite). Komposit partikel dikelompokan menjadi komposit partikel

arah acak dan komposit partikel arah teratur. Bahan komposit partikel

pada umumnya lebih lemah dan keliatannya (fracture toughness) lebih

rendah dibanding bahan komposit serat.

Sedangkan bahan komposit serat terdiri dari serat satu lapis dan serat

multi lapis. Untuk serat multi lapis ada laminat dan hybrid, lalu untuk serat

satu lapis ada serat kontinyu dan serat tidak kontinyu. Untuk serat

kontinyu terdapat serat satu arah (unidirectional) sedangkan untuk serat

tidak kontinyu dikelompokan menjadi serat arah acak dan serat arah

teratur.

Fiberglass sering digunakan dalam dunia industri karena bahan baku

dari fiberglass banyak tersedia. Fiberglass mengandung silica. Bahan

komposit dengan pengisi fiberglass ini dapat digunakan sebagai pengganti

besi dalam kapal, pagar, dan bumper mobil, dimana material ini

7

mempunyai massa yang jauh lebih ringan, kekuatan tarik dan penekanan

yang besar daripada besi (Munasri, 2011).

2.3 Struktur Honeycomb Sandwich

Merupakan struktur (material) alami atau buatan manusia yang

memiliki geometri sarang lebah (honeycomb sandwich) untuk

meminimalisasi jumlah material yang digunakan untuk mencapai bobot

yang minimal dan biaya yang relatif murah. Pada umumnya, struktur sarang

lebah berbentuk segi enam seperti pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Struktur Honeycomb

(Burlayenko dan Sadowski, 2009)

2.3.1 Komposit Sandwich

Komposit sandwich seperti pada Gambar 2.4 adalah bahan

berlapis-lapis yang dibuat dengan mengikat kulit yang kaku dan

berkekuatan tinggi untuk material inti dengan densitas rendah.

Manfaat utama menggunakan konsep sandwich dalam komponen

struktual adalah kekakuan tinggi dan rasio berat yang rendah.

Kekuatan sandwich adalah hasil dari kombinasi property dari kulit,

inti dan interface. (Belouettar, dkk. 2008).

8

Gambar 2.4 Konstruksi Sandwich

(Belouettar, dkk. 2008)

2.3.2 Konfigurasi Cell Honeycomb

Struktur Honeycomb mempunyai beberapa konfigurasi,

diantaranya adalah:

1. Hexagonal Core

Honeycomb dengan bentuk heksagonal seperti pada gambar 2.5

adalah bentuk yang paling dasar dan paling umum digunakan,

dan saat ini tersedia dalam bahan logam dan non-logam

(HexWeb, 2014).

Gambar 2.5 Hexagonal Core

(HexWeb, 2014)

2. Reinforced Hexagonal Core

Struktur Honeycomb yang menggunakan penguat memiliki

material substrat untuk meningkatkan sifat mekanisnya seperti

pada Gambar 2.6 (HexWeb, 2014).

9

Gambar 2.6 Reinforeced Hexagonal Core

(HexWeb, 2014)

3. OX-Core

OX-Core seperti pada Gambar 2.7 adalah hexagonal core yang

overexpanded dalam arah W (tinggi) sehingga berbentuk

menyerupai persegi panjang. Jika dibandingkan dengan

hexagonal core proses pembentukan OX-Xore meningkatkan

sifat geser W dan menurunkan sifat geser L (HexWeb, 2014).

Gambar 2.7 Ox-Core

(HexWeb, 2014)

4. Flex-Core

Bentuk Flex-Core seperti pada gambar 2.8 memberikan

formability yang luar biasa dalam keadaan melengkung dengan

mengurangi anticlastic curvature dan tanpa menimbulakan

buckling. Flex-Core memberikan kekuatan geser yang lebih

10

tinggi dibanding hexagonal core. Flex-core terbuat dari

aluminium, aramid, dan fiberglass (HexWeb, 2014)

Gambar 2.8 Flec-Core

(HexWeb, 2014)

5. Double-Flex

Double-Flex seperti pada Gambar 2.9 dibawah adalah Flex-

Core sel yang besar dan berbentuk unik. Mempunyai

formability yang sangat baik dan kualitas kompresi yang tinggi

(HexWeb, 2014).

Gambar 2.9 Double-Flex

(HexWeb, 2014)

2.4 Tegangan dan Regangan pada Material Anisotropik

Suatu material dikatakan anisotropik ketika sifat-sifatnya pada tiap titik

berbeda dengan arah atau tergantung pada sumbu orientasi referensi. Jika

sifat-sifat material sepanjang arah adalah sama seperti sepanjang sebuah arah

simetri dengan sebuah bidang, bidang tersebut didefinisikan sebagai bidang

material simetri. Sebuah material boleh memiliki nol, satu, dua, tiga atau tak

11

terhingga dari bidang simetri material melalui satu titik. Suatu material tidak

memiliki bidang simetri disebut general anisotropic.

Pada dasarnya ada tiga hukum penting yang mencari teori elastisitas, yaitu:

hukum Hooke (hubungan tegangan-regangan), hukum keseimbangan

(hubungan tegangan-regangan) dan hukum kompatibilitas (hubungan

regangan dan perpindahan). Ketiga hukum tersebut bersama-sama

membentuk teori elastisitas. Ditambah dengan kondisi batas tertentu, maka

persoalan-persoalan struktur dapat dipecahkan dengan menggunakan ketiga

hukum tersebut.

Bahan komposit termasuk dalam kelompok bahan anisotropik. Seperti

telah dikemukakan di depan, bahan anisotropik adalah bahan yang sifat-

sifatnya berubah dengan perubahan arah. Dan dengan perubahan tersebut

maka Hukum Hooke harus diperluas agar juga berlaku untuk bahan ini.

2.4.1 Hukum Hooke

Secara umum, Hukum Hooke dapat ditulis dalam bentuk:

= , I,j,k,l = 1,2,3 (2.1a)

dan

= , I,j,k,l = 1,2,3 (2.1b)

dengan dan masing-masing adalah compliance tensor dan

konstanta elastis. Apabila kedua persamaan tersebut dijabarkan, akan

didapat 9 persamaan dengan 9 perubahan. Dengan demikian akan didapat

81 konstanta elastis yang perlu ditentukan.

Tetapi karena hubungan = dan = , yang secara umum dapat

ditulis:

= dan = (2.2a)

dan dari persamaan (2.1),

= dan = (2.2b)

Maka akibatnya:

= (2.2c)

12

Dengan cara yang sama akan didapat pula:

= = (2.3)

Hal yang sama berlaku pula untuk konstanta elastis, yaitu dalam bentuk:

= = (2.4)

Karena adanya batasan Persamaan (2.3) dan (2.4), maka

Persamaan (2.1) apabila dikembangkan hanya akan didapat 36 konstanta

elastisitas, berkurang 45 konstanta. Ini tentu sangat menyederhanakan

masalah.

Untuk memperpendek notasi, biasanya matriks [C] dan [S] pada

Persamaan (2.1) di atas diberikan hanya dalam dua subskrip saja, yang

mencerminkan tempatnya dalam matriks. Dan dengan mengambil γ = 2ε

serta = untuk i ≠ j , Persamaan (2.1) dapat ditulis dalam bentuk:

{

}

=

[ ]

{

}

(2.5)

dan

{

}

=

[ ]

{

}

(2.6)

2.4.2 Energi Regangan

Energi regangan pada benda-benda elastis adalah energi yang

ditimbulkan oleh gaya luar pada benda elastis yang teregang. Apabila

regangan masih berada dalam daerah elastis, maka energi regangan

tersebut akan disimpan dalam bentuk energi regangan elastis dan akan

13

dikembalikan lagi bila gaya luar dilepaskan (panas yang terjadi selama

peregangan diabaikan)

Besar energi regangan tersebut per satuan volume adalah:

𝜕W = 𝜕 (2.7)

bila tegangan-tegangan menyebabkan terjadinya perubahan regangan

𝜕 . Dari Persamaan (2.5) untuk hubungan tegangan-regangan benda

elastik anisotropik, maka perubahan energi regangan akibat deformasi 𝜕

adalah:

𝜕W = 𝜕 (2.8)

Integrasi Persamaan (2.8) didapat kerja per satuan volume:

W =

(2.9)

Persamaan (2.8) juga dapat ditulis dalam bentuk:

= (2.10)

dan bila didefinisikan terhadap didapat:

= (2.11)

Dengan cara yang sama untuk 𝜕 = 𝜕 akan didapat pula:

= (2.12)

karena energi regangan merupakan fungsi kontinyu, maka berlaku

hubungan:

=

(2.13)

sehingga akibatnya:

14

= (2.14)

Persamaan (2.14) ini kembali menyederhanakan persoalan. Karena adanya

persamaan tersebut, maka dari 36 konstanta elastisitas yang tidak

diketahui, hanya tinggal 21 konstanta saja.

Dengan cara yang sama dapat juga dibuktikan bahwa:

= (2.15)

Dengan demikian Persamaan (2.5) dan (2.6) akan menjadi:

{

}

=

[ ]

{

}

(2.17)

dan

{

}

=

[ ]

{

}

(2.18)

terlihat kedua matriks diatas menjadi matriks yang simetri.

Persamaan (2.16) dan (2.17) di atas adalah persamaan elastisitas

umum untuk bahan anisotropik. Di sini terjadi kopel antara tegangan

normal dan regangan geser dan antara tegangan geser dan regangan

normal. Secara fisik artinya bila bahan tersebut mendapat gaya unaksial

saja, akan terjadi pula regangan geser (γ) disamping regangan tarik (ε).

2.5 Uji Tekan

Benda memiliki kekuatan yang tak bisa diterka atau di perkirakan,

terkadang ada benda yang memiliki kekuatan yang kuat dan juga ringan. Uji

tekan adalah suatu alat uji mekanik yang berguna untuk mengukur dan

15

mengetahui kekuatan benda terhadap gaya tekan. Uji tekan ini memiliki

kinerja yang bagus dan berkualitas untuk mengetahui kekuatan benda.

Spesimen pengujian mengacu pada standar ASTM D143 (ASTM 2008)

dimana untuk pengujian tekan komposit menggunakan ukuran 50x50mm.

Dengan masing-masing tinggi 50mm, 75mm dan 100mm.

Gambar 2.10 Dimensi Spesimen Benda Uji

Persamaan dalam uji tekan :

=

...................................................(2.15)

Dimana : = tegangan tekan ( )

P = beban tekan (kg)

= luas penampang mula-mula ( )

16

2.6 Finite Element Metod (FEM) pada Struktur Sandwich

Metode Elemen Hingga (FEM) memprediksi perilaku model dengan

menggabungkan informasi yang diperoleh dari semua elemen yang

membentuk model.

Prinsip metode elemen hingga menurut Susatio (2004), adalah:

1. Pemilihan tipe elemen dan diskritisasi.

2. Pemilihan fungsi peminddah/Fungsi interpolasi

3. Mencari hubungan Strain/Displacement dan Stress/Strain.

4. Dapatkan matrik kekakuan dari elemen yang dibuat.

5. Gunakan persamaan kesetimbangan {F} = [k]{d}

6. Selesaikan persamaan pada langkah 5, dengan menghitung

parameter yang belum diketahui.

7. Hitung Strain dan Stress dari tiap elemen.

8. Interprestasikan kembali hasil-hasil perhitungan yang diperoleh.

2.6.1 Elemen Tetrahedra

Bentuk elemen Tetrahedra ditunjukan pada gambar berikut ini

Gambar 2.11 Bentuk Elemen Padat Tetrahedra

(Susatio Yerri, 2004)

17

Langkah-langkah yang dikerjakan dalam menganalisa elemen Tetrahedra

adalah:

1. Diskritisasi dan pemilihan tipe elemen

Perhatikan cara penomoran yang dilakukan. Nomor terakhir (=4)

ditentukan lebih dahulu. Nomor-nomor lainnya ditentukan searah

dengan kebalikan arah jarum jam.

Displacement = {𝑞}

{𝑞} =

{

}

2. Pemilihan fungsi displacement

Fungsi displacement u, v, w harus merupakan fungsi linear karena

hanya ada 2 node yang membatasi sebuah rusuk elemen. Masing-

masing fungsi displacement tersebut adalah

u(x, y, z) =

v(x, y, z) =

w(x, y, z) =

Dengan syarat batas: pada (x, y, z), u =

pada (x, y, z), u = dan seterusnya dihasilkan:

u =

,*( ) ( )

( ) ( ) +-

18

Dimana 6v dihitung dari harga determinan berikut ini:

6v =|

|

v menyatakan volume dari elemen Tetrahedra. Koefisien-koefisien

( i = 1,2,3,4 ) dalam persamaan (2.10) diberikan sebagai

berikut:

= |

|

= |

|

= |

|

= |

|

= |

|

= |

|

= |

|

= |

|

= |

|

19

= |

|

= |

|

= |

|

= |

|

= |

|

= |

|

= |

|

Fungsi Displacement dalam kaitannya Shape Function N ditulis sebagai

berikut:

{ } = [

]

{

}

20

Dimana:

= ( )

= ( )

= ( )

= ( )

3. Menetukan Strain – Displacement dan Hubungan Stress/Strain

Strain dari elemen untuk kasus stress tiga dimensi diberikan dalam

persamaan berikut ini:

* +

{

}

{

}

Dikalikan dengan matrik [B], strain dinyatakan sebagai:

* + = [B] {q}

Dimana [B] = , ̅̅ ̅ ̅̅ ̅̅ ̅ ̅̅ ̅ ̅̅ ̅ -

Sub matrik , ̅̅ ̅ - adalah:

21

, ̅̅ ̅ - =

[

]

Catatan:

a. Indek huruf dibelakang koma menyatakan diferensial dari terhadap

x

b. Untuk sub matrik lain ̅̅ ̅ ̅̅ ̅ ̅̅ ̅ tinggal mengganti indek 1 pada

persamaan diatas berturut-turut dengan 2, 3 dan 4.

Dengan memasukkan harga dari persamaan (2.22) (i = 1,2,3,4) ke

persamaan diatas diperoleh sub matrik:

, ̅̅ ̅ -=

[

]

Demikian pula untuk sub matrik , ̅̅ ̅̅ ̅- , ̅̅ ̅ - , ̅̅ ̅ -

Hubungan stress dengan strain diberikan melalui persamaan

{ += [c] * +

22

Dimana matrik konstitutif [c], yaitu:

[c] =

( )( )

[

]

23

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

Adapun penelitian ini dirancang dengan diagram alir seperti terlihat pada

Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram alir perancangan

Mulai

Selesai

Analisa hasil simulasi dengan

pengujian

Pengujian Spesimen benda uji

Parameter yang

dihasilkan

sesuai

Tidak

Ya

Perancangan konstruksi

honeycomb dengan

Solidworks

Simulasi konstruksi tersebut

dengan perangkat lunak

Solidworks

Rancang bangun konstruksi

sarang lebah

24

Dari Gambar 3.1 dapat dijelaskan sebagai berikut:

a. Penelitian dimulai dengan merancang desain konstruksi dengan

menggunakan software solidworks 2014 yang diawali dengan membuat

sketch dua dimensi dilanjut dengan membuat desain tiga dimensinya.

b. Proses analisa statik dari spesimen benda uji menggunakan software

solidworks 2014

c. Proses merancang bangun konstruksi dengan perbandingan 1:1, 1:1,5 dan

1:2 dengan struktur sarang lebah. Dari perancangan ini akan didapatkan

data pendukung yang berguna dalam melakukan penelitian.

d. Dari proses penelitian tadi selanjutnya melakukan proses pengujian dari

benda uji tersebut dengan menggunakan mesin pengujian tekan.

e. Analisa hasil pengujian pembebanan tekan dengan melakukan

perbandingan, setelah membandingkan hasil pengujian dengan simulasi

maka pengujian dianggap selesai.

3.2 Proses Rancang Bangun Konstruksi

3.2.1 Alat dan Bahan

Adapun alat dan bahan yang dibutuhkan adalah :

1. Cetakan Honeycomb

2. Fiberglass E-Glass Fiber Cloth EW-200

3. Resin Polyester 157 BQTN-EX Series

4. Plastic Steel Epoxy Resin

5. Plastic Steel Epoxy Hardener

6. Alat press

7. Gelas kaca

8. Suntikan

9. Kuas

10. Gelas plastik

11. Gunting

12. Kain Perca

13. Komputer yang sudah di install Software Solidworks

25

3.3 Prosedur Pengujian

3.3.1 Benda Uji

Gambar 3.2 berikut menunjukan dimensi dari spesimen benda uji

dalam ukuran millimeter.

Gambar 3.2 Dimensi Spesimen Benda Uji

3.3.2 Metode Pembuatan benda uji

Adapun metode yang digunakan pada pembuatan benda uji

ini adalah metode hand lay-up yaitu dengan cara menuangkan resin

yang sudah dicampur dengan katalis dengan tangan ke dalam

cetakan kemudian tempelkan serat kaca dan diberi tekanan

sekaligus meratakan menggunakan kuas. Proses tersebut dilakukan

berulang-ulang hingga ketebalan yang diinginkan tercapai atau

sekitar 1 mm. Pada proses ini resin langsung berkontak dengan

udara dan biasanya proses pencetakan dilakukan pada temperatur

kamar. Metode ini dipilih karena mudah dilakukan pengerjaannya.

26

3.3.3 Proses pembuatan benda uji

Dalam proses pembuatan benda uji ini, langkah pertama

yang dilakukan adalah membuat inti/core honeycomb. Berikut

adalah cara pembuatannya:

1. Bersihkan permukaan cetakan Honeycomb.

2. Lapisi cetakan dengan mirror glaze menggunakan kuas hingga

rata ke seluruh permukaan cetakan. Lalu tunggu sampai kering

sekitar 5-10 menit.

3. Siapkan gelas plastik dan timbangan untuk menimbang resin

dan Hardener.

4. Timbang resin dan hardener dengan perbandingan 100:1 atau

sekitar 100 ml : 1 ml. Aduk hingga resin dan hardener

tercampur dengan rata.

5. Resin dioleskan ke permukaan cetakan menggunakan kuas.

Oleskan hingga seluruh permukaan cetakan.

6. Tunggu resin setengah matang (30 menit) agar fiber menempel

dengan sempurna dan mudah dibentuk.

7. Sambil menunggu resin setengah matang, siapkan fiberglass

sesuai dengan ukuran cetakan.

8. Lapisi resin setengah matang tadi dengan fiberglass lalu bentuk

sesuai cetakan. Dalam proses ini pelapisan fiberglass

menggunakan 2 lapis.

9. Tunggu hingga 12 jam agar resin dan fiberglass menyatu.

10. Setelah itu lepas komposit dari cetakan dan rapikan.

11. Bersihkan cetakan untuk melakukan proses awal. Proses ini

dilakukan sebanyak 6x untuk membentuk honeycomb.

12. Lembaran yang dihasilkan akan berbentuk seperti gambar 3.3

27

Gambar 3.3 Lembaran Komposit

13. Tempel tiap lembar hingga 6 tumpuk hingga membentuk

honeycomb.

14. Proses penempelan dilakukan per-2 lembar.

15. Penempelan menggunakan lem devcon plastic steel.

16. Oleskan lem ke tiap permukaan yang akan ditempelkan.

17. Kemudian press agar merekat dengan sempurna.

18. Tunggu sekitar 2 jam agar lem merekat dengan sempurna.

19. Proses penempelan melalui 3 tahap, yaitu: 2 lembar, 4 lembar

dan 6 lembar.

20. Setelah proses penempelan selesai, ratakan tiap sisinya.

21. Proses selanjutnya potong dengan ukuran 50mm (t=50mm)

sebanyak 3, 50 mm (t=75mm) sebanyak 3, dan 50 mm (t=100)

sebanyak 3. Gambar 3.4 sampai 3.6 berikut menunjukan

inti/core honeycomb yang sudah dipotong dengan kode

spesimen: 1a, 1b, 1c untuk spesimen dengan dimensi 1t. Lalu

2a, 2b, 2c untuk spesimen dengan dimensi 1,5t. Dan terakhir

3a, 3b, 3c untuk spesimen dengan dimensi 2t.

Gambar 3.4 Honeycomb 50mm

28



Langkah berikutnya adalah proses pembuatan face sheet.

Berikut adalah cara pembuatannya:

1. Buat cetakan dengan menggunakan bahan akrilik, dengan

dimensi panjang 250 mm x lebar 250 mm x tinggi 10 mm.

Lihat gambar 3.8

Gambar 3.7 Cetakan facesheet

2. Olesi cetakan dengan menggunakan mirror glaze, tunggu

sekitar 5-10 menit hingga kering.

29

3. Siapkan adonan resin dan hardener.

4. Campur resin dan hardener dengan perbandingan 75:1 (75 ml :

1 ml)

5. Aduk hingga tercampur dengan rata.

6. Tuangkan adonan ke dalam cetakan kemudian ratakan.

7. Tunggu adonan sampai setengah matang (20-30 menit)

8. Setelah setengah matang, mulai proses pelapisan dengan

menggunakan 2 lapis fiberglass.

9. Tunggu hingga 12 jam.

10. Setelah itu lepas komposit dari cetakan lalu bersihkan cetakan.

Kemudian ulangi proses. Proses pembuatan lembar facesheet

dilakukan sebanyak 2x.

11. Potong facesheet sesuai dengan ukuran yang dibutuhkan.

12. Lakukan proses finishing pada facesheet agar permukan rata.

Langkah terakhir dalam pembuatan benda uji adalah penempelan

antara facesheet dengan inti/core honeycomb. Berikut proses

pengerjaannya:

1. Pastikan permukaan yang akan di tempelkan rata.

2. Setelah rata, oles lem devcon plastic steel ke permukaan yang

akan ditempelkan.

3. Press agar menempel dengan sempurna.

4. Setelah kering lepas alat press dan bersihkan permukaan.

Gambar 3.9 berikut menunjukan spesimen yang sudah siap uji.

30

Gambar 3.8 Spesimen yang sudah siap uji

3.4 Langkah Pengujian

Langkah-langkah dalam pengujian tekan adalah sebagai berikut :

1. Persiapkan benda uji

2. Ukur dan catat dimensi dari masing-masing benda uji

3. Input ukuran dari benda uji ke mesin lalu letakan benda uji pada tengah

meja dudukan tempat pengujian

4. Kemudian lakukan proses pengujian

5. Lakukan langkah yang sama untuk setiap spesimen

6. Setelah selesai bersihkan tempat uji dan alat kerja.

Gambar 3.9 Pengujian Tekan

31

3.5 Langkah Pembuatan Design

Untuk mendesain Honeycomb langkah yang harus dilakukan adalah :

1. Buka software solidworks 2014, setelah masuk ke halaman awal

seperti gambar 3.10 berikut.

Gambar 3.10 Tampilan awal solidworks 2014

2. Klik “New-Part-OK” untuk membuat part baru seperti yang terlihat

pada Gambar 3.11.

Gambar 3.11 Membuat Part baru

3. Setelah masuk ke part baru lalu membuat garis dengan klik ”Line”

seperti yang terlihat pada gambar 3.12

32

Gambar 3.12 Membuat Garis awal

4. Kemudian buat garis dengan bentuk seperti gambar 3.13 di bawah ini.

Setelah itu klik “Start Dimension” yang ada di kiri atas.

Gambar 3.13 Bentuk awal

5. Kemudin klik garis yang akan diberikan ukuran setelah itu tulis

ukuran lalu “Enter”. Lakukan untuk tiap masing-masing garis. Untuk

lebih jelasnya lihat gambar 3.14

33

Gambar 3.14 Gambar awal dengan ukuran

6. Lalu blok gambar tersebut kemudian pilih “Copy Entities” terlihat

seperti gambar 3.15

Gambar 3.15 Copy Gambar awal

7. Setelah itu tarik garis lurus gambar awal ke bawah seperti Gambar

3.16 berikut.

34

Gambar 3.16 Hasil Copy Entities

8. Kemudian berikan ukuran dengan cara Klik “Start Dimension” lalu

pilih bagian yang akan diberikan ukuran lalu Klik “Enter”. Untuk

lebih jelasnya lihat gambar 3.17.

Gambar 3.17 Penggabungan gambar 1 dan 2

9. Setelah itu copy lagi gambar jadi ini seperti langkah yang sudah

dilakukan tadi dengan klik “Copy Entities” lalu “Paste” di samping.

Untuk lebih jelasnya lihat gambar 3.18

35

Gambar 3.18 Gambar Part Honeycomb

10. Berikutnya pada Features Klik Extruded Boss/Base. Setelah itu pada

Direction bagian Depth tulis 50mm kemudian “Enter”. Lihat gambar

3.19.

Gambar 3.19 Proses Rotate Entities

11. Kemudian simpan gambar tersebut. Dan lakukan langkah yang sama

untuk tinggi 75mm dan 100mm. Untuk lebih jelasnya lihat Gambar

3.20 sampai Gambar 3.22 dibawah.

36

Gambar 3.20 Part 50mm



37

12. Selanjutnya proses Assembly dengan pilih file part 50mm sebanyak 2

gambar. Untuk lebih jelasnya lihat Gambar 3.23

Gambar 3.23 Proses Assembly

13. Setelah itu lakukan proses mate coincident dengan menyatukan

bagian-bagian yang ingin digabungkan. Untuk lebih jelasnya lihat

Gambar 3.24 dibawah.

38

Gambar 3.24 Proses Assembly mate coincident

39

14. Kemudian simpan gambar tersebut, lalu lakukan lagi proses Assembly

mate coincident untuk gambar tersebut hingga menjadi 6 lapis dengan

langkah seperti gambar 2.25 dibawah.

Gambar 3.25 Proses pembuatan Honeycomb 50mm

40

15. Berikutnya lakukan proses Assembly Honeycomb dengan facesheet

dengan menggunakan langkah mate coincident seperti sebelumnya.

Untuk langkahnya dapat dilihat gambar 3.26 dibawah.

Gambar 3.26 Proses Pembuatan Benda Uji 50mm

41

16. Setelah itu lakukan langkah yang sama untuk part 75mm dan part

100m hingga menjadi gambar honeycomb yang sudah siap di uji.

Untuk hasilnya lihat gambar 3.27 dan gambar 3.28.

Gambar 3.27 Spesimen Honeycomb 75mm

Gambar 3.28 Spesimen Honeycomb 100mm

42

BAB IV

ANALISA HASIL PENGUJIAN DAN SIMULASI PEMBEBANAN TEKAN

STRUKTUR SARANG LEBAH KOMPOSIT BERPENGUAT SERAT

KACA

4.1 Hasil Pengujian Tekan

Pengujian tekan dilakukan untuk mengetahui kekuatan dari suatu bahan,

baik tegangan, regangan dan elastisitasnya. Berikut Tabel 4.1 menyajikan data

spesimen uji tekan komposit struktur honeycomb berpenguat serat kaca

(fiberglass) dengan variasi tebal inti/core honeycomb:

Tabel 4.1 Data spesimen uji tekan

No Jenis

Spesimen

Panjang

(mm)

Lebar

(mm)

Tinggi

(mm)

Luas Penampang

(mm)

1 1A 50 50 50 655

2 1B 50 50 50 655

3 1C 50 50 50 655

4 2A 50 50 75 655

5 2B 50 50 75 655

6 2C 50 50 75 655

7 3A 50 50 100 655

8 3B 50 50 100 655

9 3C 50 50 100 655

Tabel 4.2 berikut menyajikan data dari hasil pengujian tekan yang sudah

dilakukan. Data tersebut nantinya akan diolah dan dianalisa untuk mengetahui

apa yang terjadi pada pengujian tersebut.

43

Tabel 4.2 Data hasil pengujian

No Kode

Spesimen

Gaya

(N)

Rata-rata

(N)

Defleksi

(mm)

Rata-rata

(mm)

1 1A 7688

8080

54.25

2 1B 8865 55.35 55.6

3 1C 7850 57.20

4 2A 5250

5566

78.85

5 2B 5750 80.05 79.6

6 2C 5700 80.15

7 3A 4150

4216

101.45

8 3B 4850 102.20 102.2

9 3C 3650 102.95

4.2 Proses Static Simulation

4.2.1 Validasi untuk Mesh

Perhitungan analitis ini digunakan untuk menentukan mesh yang akan

digunakan pada pada proses pengujian.

Gambar 4.1 Beam Validasi Mesh

44

Internal moment in beam at 1/2L :

+ (qx1/2L)1/4L = (qx1/2L)1/2L

= (qx1/2L)1/2L-(qx1/2L)1/4L

= qx1/4 -qx1/8

= qx1/8

q /8 = 100x /8

= 12500000

= 1.25e7 N/

4.2.2 Perhitungan dengan Metode Elemen Hingga

Dibawah ini adalah grafik yang didapat dari hasil simulasi dengan

menggunakan software Solidworks.

Grafik 4.1 Perbandingan Perhitungan analitis dengan hasil simulasi

Dari grafik diatas dapat dilihat untuk hasil yang mendekati nilai

1.25 N/ adalah mesh pada titik dengan nilai 1.23 N/ . Sehingga

data mesh ini digunakan sebagai acuan untuk proses simulasi.

5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5

Perhitungan 1.25

Simulasi 1.3 1.19 1.19 1.2 1.38 1.23 1.19 1.29 1.21 1.38 1.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

Nila

i Str

ess

Perbandingan Perhitungan dengan Simulasi

45

4.2.3 Proses Simulasi

1. Langkah awal untuk memulai simulasi adalah klik pada “Office Products”

kemudian klik “Solidworks Simulation”. Setelah itu pilih Untuk lebih

jelasnya lihat gambar 4.1

Gambar 4.2 Tampilan Solidworks Simulation

2. Langkah berikutnya klik panah bagian bawah tulisan “Study Advisor” lalu

pilih “New Study”. Kemudian pada kolom Type pilih “Static” lalu klik

“OK”. Untuk lebih jelasnya lihat gambar 4.2 dan 4.3.

Gambar 4.3 Tampilan New Study

46

Gambar 4.4 Tampilan pilihan jenis simulasi

3. Langkah berikutnya yaitu klik “Apply Material” lalu pilih material yang

akan digunakan. Lihat gambar 4.4

Gambar 4.5 Proses Pemilihan Jenis Material

4. Karena Solidworks tidak menyediakan material “fiberglass composite”

kita harus mencari material sendiri di www.matweb.com. Kemudian input

ke custom material. Setelah itu pilih material tersebut kemudian klik

“Apply” kemudian “Close”. Lihat gambar 4.5

http://www.matweb.com/

47

Gambar 4.6 Pilih Material fiberglass composite

5. Setelah itu klik kanan pada kolom fixtures lalu pilih “Fixed Geometry”.

Kemudian pilih 3 face pada bagian bawah dari benda uji lalu klik “Ok”.

Untuk lebih jelasnya lihat gambar 4.6 dan 4.7.

Gambar 4.7 Menentukan Titik Tumpu

48

Gambar 4.8 Proses Fixed Geometry

6. Langkah berikutnya pilih bagian yang menerima tekanan dari benda uji

dengan cara klik kanan pada kolom External Loads lalu pilih “Force”

Kemudian pilih 3 face yang menerima tekanan lalu klik “Ok”. Untuk lebih

jelasnya lihat gambar 4.8 dan 4.9

Gambar 4.9 Menentukan Bagian yang Menerima Tekanan

49

Gambar 4.10 Proses Force

7. Kemudian pada kolom Force Value masukan rata-rata data dari hasil

pengujian untuk spesimen dengan tinggi 50mm ini yaitu 8080 N.

Kemudian klik “Ok”. Lihat gambar 4.10

Gambar 4.11 Proses Input 8080 N

8. Kemudian pada Connections Component Contacts Klik kanan pada pilihan

Global Contact lalu pilih “Edit Definition”. Lihat gambar 4.11

50

Gambar 4.12 Proses Contact

9. Lalu pada tabel Contact Type pilih “Bonded” dan pada options input

angka koefisien geseknya 0.2 (Puji Hariati W, 2016). Lihat gambar 4.12

Gambar 4.13 Component Contact

10. Kemudian klik kanan pada kolom Mesh lalu pilih “Create Mesh” lalu klik

“Ok”. Lihat gambar 4.13 dan 4.14

51

Gambar 4.14 Proses Create Mesh

Gambar 4.15 Proses Mesh

11. Selanjutnya setelah mesh didapat Klik “Run”. Lihat gambar 4.15

52

Gambar 4.16 Run Static Simulation

12. Berikutnya lakukan langkah yang sama untuk benda uji dengan tinggi

75mm dan 100mm dengan masing-masing pada kolom “Force Value”

ditulis 5566 N dan 4216 N. Lihat gambar 4.16 dan 4.17


53


4.3 Hasil Static Simulation

4.3.1 Hasil Simulasi Benda Uji 50mm

1. Stress

Gambar 4.18 dibawah ini menunjukan letak area kritis (von mises)

atau daerah yang akan terjadi luluh bilamana melampaui harga kritis

tertentu yang ditunjukan dengan warna merah dengan nilai maximum

stress-nya adalah 17,47 MPa.

Gambar 4.19 Hasil Stress Dengan Beban 8080 N

54

2. Displacement

Gambar 4.19 dibawah ini menunjukan letak area kritis atau daerah

yang mempunyai potensi kerusakan tertinggi saat dikenai gaya yang

ditunjukan dengan warna merah dengan nilai maximum displacement-

nya adalah 9,699 mm.

Gambar 4.20 Hasil displacement Dengan Beban 8080 N

3. Strain

Gambar 4.20 dibawah ini menunjukan letak nilai regangan saat

dikenai gaya yang ditunjukan dengan warna merah dengan nilainya

adalah 1,801.

55

Gambar 4.21 Hasil Strain Dengan Beban 8080 N


1. Stress






56

2. Displacement






3. Strain



adalah 1,152.

57



1. Stress






58

2. Displacement






3. Strain



adalah 8,767.

59


4.4 Perbandingan Hasil Simulasi Statis

Untuk memudahkan proses analisa pada hasil simulasi statis, maka

dibuatlah grafik 4.1

Grafik 4.2 Perbandingan Tiap Spesimen Pada Simulasi Statis

Hasil pengujian terhadap 3 spesimen yang berbeda didapatkan nilai stress,

displacement dan strain yang dapat dilihat dari grafik 4.1

02468

1012141618

Spesimen 1(h = 50 mm)

Spesimen 2(h = 75 mm)

Spesimen 3(h = 100

mm)

Stress (Mpa) 17.47 10.98 8.11

Displacement (mm) 9.69 9.77 9.86

Strain (mm) 1.8 1.15 2.07

Are

a K

riti

s M

aksi

mal

Hasil Nilai Analisa Simulasi Statis

60

Tegangan (stress) pada dasarnya dapat didefinisikan sebagai besaran gaya

yang bekerja pada satuan luas. Dari grafik 4.1 dapat dilihat bahwa nilai stress

terbesar ada pada spesimen pertama yang menerima beban tekan yaitu sebesar

17.47 MPa dan yang terendah ada pada spesimen ketiga yaitu sebesar 8.11

MPa. Hal ini disebabkan karena spesimen pertama menerima beban tekan

paling besar yaitu 8080 N sedangkan spesimen ketiga menerima beban paling

kecil yaitu 4216 N. Nilai stress maksimal berarti nilai maksimal beban yang

diterima oleh spesimen sebelum spesimen tersebut rusak.

Displacement adalah perpindahan yang mudah dilihat nilainya dari vektor.

Huei-Huang Lee (2014), displacement adalah vector yang terbentuk dengan

menghubungkan lokasi awal partikel tersebut dengan lokasi partikel setelah

terjadi perpindahan. Dari pengujian didapat nilai displacement dari ketiga

spesimen yang selisihnya tidak terlalu jauh yaitu spesimen yang bisa menahan

displacement maksimal paling besar diurutkan dari spesimen ketiga hingga

pertama dalam bentuk nilai sebesar 9.69 mm, 9.77 mm dan 9.86 mm. Hal ini

disebabkan karena ukuran tiap spesimen dan beban tekan yang diterima dari

masing-masing spesimen berbeda-beda

Regangan (strain) didefinisikan sebagai hasil bagi antara pertambahan

panjang dengan panjang awal dikarenakan pemberian beban pada spesimen

tersebut maka terjadilah pertambahan panjang atau regangan (strain) pada

sambungan tersebut. Didapat nilai spesimen ketiga dengan nilai regangan

(strain) maksimal sebesar 2.07 dan nilai regangan (strain) maksimal paling

kecil berada pada spesimen pertama dan kedua yaitu sebesar 1.80 dan 1.15

diantara kedua spesimen ini tidak terlalu ada perbedaan yang signifikan jika

dibandingkan dengan spesimen ketiga.

4.5 Perhitungan Hasil Uji Benda

Mekanika pengujian mengacu pada standar ASTM D143 (ASTM 2008)

dimana untuk pengujian tekan serat menggunakan ukuran 50x50mm dengan

masing-masing tinggi spesimen yang berbeda-beda yaitu 50mm, 75mm dan

100mm.

61

1. Spesimen pertama (50mm)

A. Diketahui data-data sebagai berikut:

Besarnya gaya (F) = 8080 N

Luas penampang ( ) = 655 mm

B. Perhitungan :

=

=

= 12.33 MPa

2. Spesimen kedua (75mm)



Luas penampang (A) = 655 mm

B. Perhitungan :

=

=

= 8.49 MPa

3. Spesimen ketiga (100mm)



Luas penampang ( ) = 655 mm

B. Perhitungan :

=

=

= 6.43 MPa

4.6 Perbandingan Hasil Simulasi dengan Pengujian

Untuk memudahkan proses analisa perbandingan tegangan dan regangan

dari simulasi dengan pengujian, maka dibuatlah grafik 4.2 dan grafik 4.3

62

Grafik 4.3 Perbandingan Tegangan

Grafik 4.4 Perbandingan Regangan

Dari grafik diatas dapat dilihat nilai tegangan spesimen pertama dengan

tinggi 50 mm ke spesimen kedua dengan tinggi 75 mm dan spesimen ketiga

dengan tinggi 100 mm mengalami penurunan tegangan baik dalam simulasi

maupun pengujian. Hal ini di sebabkan karena beban tekan yang diterima dari

masing-masing spesimen juga mengalami penuruan dari 8080 N, 5566 N dan

4216 N.

Spesimen 1 Spesimen 2 Spesimen 3

Simulasi 17.47 10.98 8.11

Pengujian 12.33 8.49 6.43

0

5

10

15

20

Tega

nga

n (

MP

a)

Perbandingan Tegangan Simulasi dan Pengujian

Spesimen 1 Spesimen 2 Spesimen 3

Simulasi 1.8 1.15 2.07

Pengujian 5.6 9.6 2.2

0

2

4

6

8

10

12

Re

gan

gan

(m

m)

Perbandingan Regangan Simulasi dan Pengujian

63

Hasil Simulasi dan Pengujian dari spesimen memiliki perbedaan yang

cukup signifikan baik dari nilai tegangan maupun regangan. Karena proses

pembuatan spesimen yang dilakukan secara manual seperti proses penyatuan

komposit antara fiberglass dengan resin juga pengikat utama dari konstruksi

ini adalah lem sehingga resiko human error lebih besar.

Gambar 4.27 dan gambar 4.28 dibawah ini menunjukan beberapa

kerusakan yang terjadi pada benda uji

Gambar 4.27 Lepasnya lembar Honeycomb

Gambar 4.28 Lepasnya facesheet dengan inti honeycomb

Kerusakan yang terjadi pada gambar diatas adalah lepasnya lembar

honeycomb pada inti honeycomb dan lepasnya facesheet dengan inti honeycomb

yang disebabkan kurang merekatnya lem atau lem sudah mencapai kekuatan

maksimal pada bagian tertentu. Kerusakan terakhir adalah retaknya inti

honeycomb yang menjadi puncak dari pengujian ini.

64

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan dari hasil penelitian dari pembuatan konstruksi dan simulasi

pembebanan tekan struktur sarang lebah maka dapat disimpulkan bahwa:

1. Dalam merancang dan membuat bangun konstruksi komposit honeycomb

sandwich dari fiberglass hal yang harus sangat diperhatikan adalah proses

penyatuan antara serat kaca tersebut dengan resin dan katalis juga proses

perekatan dari setiap komposit hingga membentuk sarang lebah. Karena

hal tersebut sangat berpengaruh terhadap hasil pengujian tekan.

2. Kemampuan dari bangun konstruksi sarang lebah dengan perbandingan

1:1, 1:1,5 dan 1:2 dengan masing-masing dibuat 3 spesimen setelah

dilakukan pengujian tekan hasil rata-rata dari masing-masing spesimen

adalah 8080 N, 5566 N dan 4216 N.

3. Kekuatan tekan struktur sarang lebah komposit berpenguat serat kaca

tersebut dengan mekanika pengujian yang mengacu pada standar ASTM

D143 (ASTM 2008) hasil dari masing masing spesimen adalah 12,33

MPa, 8,49 MPa dan 6,43 MPa.

4. Hasil tegangan (stress), regangan (strain), dan displacement dari simulasi

dengan menggunakan perangkat lunak Solidworks 2014 memiliki selisih

yang cukup signifikan dibandingkan dengan hasil perhitungan tegangan

dan regangan dari pengujian tekan. Hal ini disebabkan karena dalam

proses perancangan bangun konstruksi masih dilakukan secara manual.

65

5.2 Saran

Berdasarkan analisa yang telah dilakukan penulis, maka saran-saran

yang diberikan seperti berikut ini:

1. Dalam proses rancangan bangun konstruksi honeycomb sandwich banyak

hal yang harus diperhatikan seperti proses penyatuan antara fiberglass

dengan resin dan hardener juga mengingat pengikat utama dari

honeycomb ini adalah lem, maka proses pengeleman harus dilakukan

secara maksimal agar hasil yang didapat juga maksimal.

2. Bagi mahasiswa yang sedang atau akan melakukan penelitian

menggunakan software simulasi, diharapkan lebih memahami secara detail

tentang software yang dipakai karena data-data yang dipakai setiap

operator berbada satu dengan lainnya.

DAFTAR PUSTAKA

American Society for Testing and Materials, 2008. Annual Book of ASTM

Standards 2008 – Section 4 Volume 04.10 Wood D143. American Society

for testing and materials.

Belouettar, S., Abbadi, A., Azari, Z., 2008. Experimental investigation of static

and fatigue behavior of composites honeycomb materials using four point

bending test. Composite Structures. Vol. 87.

Burlayenko, V.N., dan Sadowski, T., 2009, Analysis of Structural Performance of

Sandwich Plates With Foam-Filled Alumunium Hexagonal Honeycomb

Core, Computational Material Science, Vol.45, hal. 658-662.

Hadi, B. Krismono. 2000. Mekanika Struktur Komposit. Bandung:Departemen

Pener bangan ITB.

Harsi, Sari N., Sinarep. 2015. “Karakteristik Kekuatan Bending dan Kekuatan

Tekan Komposit Serat Hybrid Sebagai Pengganti Produk Kayu”. Dinamika

Teknik Mesin, Volume 5 No.2.

Hexel Corporation, 2014. HexWeb Honeycomb Sandwich Design and

Technology.

Justus Kimia Raya, 2018. “Fiberglass Reinforced Plastic”. Termuat di :

http://justus.co.id/?category/2/fiberglass_reinforced_plastic_%28frp%29/18/

en. Diakses pada Rabu, 15 Mei 2019.

K. Andrzej, Malgorzata J., Kamil J dan Anita K. 2014. Characterization of Quasi-

Static Behavior of Honeycomb Core Sandwich Structures. Polandia:Silesian

University of Technology.

http://justus.co.id/?category/2/fiberglass_reinforced_plastic_%28frp%29/18/en

http://justus.co.id/?category/2/fiberglass_reinforced_plastic_%28frp%29/18/en

Munasri. 2011. “Studi Pengaruh Orientasi Serat Fiber Glass Searah dan Dua Arah

Single Layer terhadap Kekuatan Tarik Bahan Komposit Polypropylene”.

Jurnal Penelitian Fisika dan Aplikasinya (JPFA), Vol. 1, No. 1.

N. Siva dan J. John Paul. 2015. Fabrication and Experimental Analysis of Aplle

Leaf Fiber Based Composite Material. India:Department of Aeronautical

Engineering, Er. Perumal Manumekalai College of Engineering, Hosur,

Tamilnadu. Spescial Issue, ISSN: 0974-2115.

Smallman, R. E. dan Bishop, R. J., 2000. Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa

Material. Edisi keenam, Erlangga, Jakarta.

Susatio Yerri. 2004. Dasar-dasar Metode Elemen Hingga. Yogyakarta: Andi

Yogyakarta.

Takagi. 2017. “Compression Characteristics of Honeycomb Sandwich Panels to

Improve Thei Impact Resistances”. Materials Science and Engineering. 1-

24-2.

LAMPIRAN

Spesimen yang Telah di Uji

1. Spesimen Pertama (h = 50 mm)

a.

Beban maksimal 7688 N. Terjadi keretakan dibagian tengah dan

lepasnya lembar honeycomb.

b.

Beban maksimal 8865 N. Sama seperti spesimen 1a, hanya saja pada

spesimen ini 2 lembar honeycomb yang terlepas.

c.

Beban maksimal 7850 N. Keretakan terjadi pada bagian bawah.

2. Spesimen Kedua (h = 75 mm)

a.

Beban maksumal 5250 N. Kerusakan terjadi terbukanya perekat pada

bagian atas lembaran honeycomb.

b.

Beban maksimal 5750 N. Kerusakan terjadi terlepasnya pengikat pada

seluruh lembar honeycomb.

c.

Beban maksimal 5700 N. Kerusakan terjadi terbukanya pengikat

honeycomb pada bagian samping.

3. Spesimen Ketiga(h = 100 mm)

a.

Beban maksimal 4150 N. Kerusakan terjadi pada lepasnya facesheet

dengan lembaran honeycomb.

b.

Beban maksimal 4850 N. Kerusakan terjadi retaknya pada bagian

facesheet.

c.

Beban maksimal 3650 N. Kerusakan terjadi pada lepasnya perekat di

honeycomb pada bagian atas.

simulasi pembebanan tekan struktur sarang lebah komposit ...

Documents

Transcript of simulasi pembebanan tekan struktur sarang lebah komposit ...