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 β pegas β damping
sebagaimana diperlihatkan pada Gambar II 1, maka dapat dituliskan persamaan gerak
sebagaimana dinyatakan pada persamaan (II.1)
ποΏ½ΜοΏ½ + ποΏ½ΜοΏ½ + ππ₯ = πΉ(π‘) ....................................................................... (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): π =πΉ
π΄, dengan F = gaya, A = luas penampang, Strain (Regangan): Ξ΅ =
ΞL/L , ΞL = Pertambahan panjang, L = Panjang awal Maka, hubungan antara stress
dan strain dirumuskan: E = Ο/Ξ΅.
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 (Ο) dan regangan (Ξ΅) 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 ΒΎ 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) = π π΄0β ...................................................... (II.2)
Di mana:
P = Gaya maksimum (kg) pada skala gaya
π0 = diameter awal spesimen
π΄0 = Ο/4 (π0)2 (Luas penampang spesimen)
Regangan teknik (e) = (πΏ1 β πΏ0)/πΏ0 ............................................. (II.3)
= π1/πΏ0
(πΏ1 β πΏ0)/πΏ0 x 100% menyatakan keuletan material.
πΏ1 = 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 (Ο)
Jika π΄1dan πΏ1merupakan panjang spesimen setelah putus dan π΄0 serta πΏ0
adalah panjang awal pengukuran maka selama penarikan berlangsung volume
spesimen tetap, sehingga berlaku:
π΄1. πΏ1 = π΄0. πΏ0 didapat π΄1 = π΄0.πΏ0
πΏ1 ............................................... (II.4)
Ο = π
π΄ dengan memasukan persaman II.7 di dapatkan
Ο = π.πΏ1
π΄0.πΏ0 ................................................................................. (II.5)
2.2.4.4.2 Regangan Sebenarnya
Ξ΅ = β πΏ1βπΏ0
πΏ0
ππ + πΏ2βπΏ1
πΏ1 + πΏ3βπΏ2
πΏ2 dan seterusnya ................................ (II.6)
14
sedangkan
e = βπ
πΏ0=
πΏβ πΏ0
πΏ0 = πΏ
πΏ0β 1 ...................................................... (II.7)
e + 1 = πΏ
πΏ0 ................................................................................. (II.8)
dengan persamaan II.7 ke persamaan II.4 didapat ;
Ξ΅ = πΏπ (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) = πβ²π.2.πΏπ.Ο.π3
ππ.πΏ0.32 .................................................. (II.10)
Keterangan:
Sβe = Hasil kali dari kekuatan luluh dengan niali tertentu
πΏπ = Panjang terluar spesimen
πΏ0 = Panjang bagian dalam spesimen
π3 = Diameter spesimen
Wc = Beban pada spesimen
2.2.5.4 Perhitungan Tegangan (Ο) dan Siklus (N)
Hasil dari uji fatigue adalah mendapatkan perbandingan antara tegangan
yang terjadi pada spesimen dengan jumlah siklus spesimen. Untuk mendapatkan
tegangan (Ο) pada bahan dapat didapatkan dengan rumus;
Ο = ππ
πΌ =
πΉ . πΏπ
π π3 ...................................... (II.11)
Keteranagan:
πΉ = Beban pada spesimen
19
πΏ0 = 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, (ππ)103 dan 106dimana (ππ)
103 = π. ππ’π‘. Dari
persamaan (II.11) maka untuk mencari a dan b adalah;
π = (π.ππ’π‘)2
πβ²π ......................................... (II-13)
π = β1
3πππ
(π.ππ’π‘)
πβ²π ........................................ (II.14)
Apabila amplitudo tegangan dinyatakan (Ο), maka siklus putaran pada
fatigue dinyatakan.
N= (Οa
π)
1
π .............................................. (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:
πΈπ1 = ππβ1 ...................................... (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:
πΈπ2 = ππβ2 ................................ (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 :
πΈπ1 β πΈπ2 = ππ(β1 β β2) ...................... (II.18)
22
Harga Impak (HI) :
π»πΌ =πΈπ1βπΈπ2
π΄ ................................. (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
ππ = ππ’
ππβ 1 ................................... (II.20)
ππ = ππΉ β 1 ................................... (II.21)
Keterangan :
MS = Margin of Safety
SF = Safety Factor
ππ’ = Tegangan izin bahan/yield stress
ππ’ = 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.
Top Related