## Pengaruh Pola Susunan Laminasi Terhadap Distribusi Tegangan Dan Regangan Tarik Pada Komposit CFRP Yang Berlubang
Hamzah Alfian 1) , Sudarsono 2) , Nanang Endriatno 3)
¹ ) Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Halu OLeo
2’3) Dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Halu Oleo Jl. H.E.A. Makadompit, Kampus Hijau Bumi Tridarma Andounohu, Kendari 93232
Email: hamzahalfian043 @gmail.com Article Info Abstrak Available online September 10, 2021 Perkembangan  teknologi  material  semakin  pesat,  khususnya  di  bidang  industry manufaktur. Salah satu material yang paling sering digunakan dan dikembangkan saat ini yaitu  material  komposit.  Tujuan  dilakukan  penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui pengaruh  pola  susunan  laminasi  pada  distribusi  tegangan  dan  regangan  tarik  pada komposit  CFRP  yang  berlubang.  Metode  pelitian  yang  dilakukan  yaitu  pengujian  tarik menggunakan software  abaqus,  spesimen didesain dengan  8  laminasi dan  arah serat  di variasikan. Spesimen dibuat dengan standar uji ASTM D 5766 dan properti yang di gunakan adalah komposit carbon fiber type T800S/3900-2B. Dari hasil simulasi uji tarik di dapatkan nilai tegangan tertinggi pada komposit dengan variasi arah serat 0°, 45°,  -45°, 90°, 90°, - 45°,  45°,  0°  nilai  tegangan  maximumnya  mencapai  356,9  N/mm²,  sedangkan  tegangan terkecil terjadi pada komposit arah serat 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0° dengan nilai tegangan maximumnya mencapai 165,7 N/mm. Tegangan dan regangan tertinggi yang terjadi pada masing-masing spesimen terletak pada tepi lubang tegak lurus arah gaya, tegangan dan regangan naik berdasarkan variasi arah serat pada komposit, semakin jauh orientasi arah serat  terhadap arah  gaya  yang  di  berikan  maka  konsentrasi  tegangan  yang  terjadi  akan semakin besar pula..
Kata kunci : Uji tarik, komposit CFRP, software abaqus

## Abstract
The development of material technology is growing rapidly, especially in the manufacturing industry. One of the materials that are most often used and developed today is composite materials. The purpose of this study was to determine the effect of the pattern of laminate arrangement on the distribution of stress and tensile strain in perforated CFRP composites. The research method carried out is tensile testing using abaqus software, the specimen is designed with 8 laminates and the fiber direction is varied. The specimens were made with the ASTM D 5766 test standard and the properties used were carbon fiber composite type T800S/3900-2B. From the tensile test simulation results, it is found that the highest stress value in the composite with variations in fiber direction 0°, 45°, -45°, 90°, 90°, -45°, 45°, 0° the maximum stress value reaches 356.9 N/ mm², while the smallest stress occurs in the composite fiber direction 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0° with the maximum stress value reaching 165.7 N/mm. The highest stress and strain that occurs in each specimen is located at the edge of the hole perpendicular to the direction of the force, the stress and strain increase based on variations in the direction of the fiber in the composite, the farther the orientation of  the  fiber  direction  to  the  direction  of  the  applied  force,  the  greater  the  stress concentration that occurs also.
Keywords: Tensile test, CFRP composite, abaqus software

## 1. Pendahuluan
Perkembangan  teknologi  material  semakin pesat  khususnya  di  bidang  industri.  Salah  satu
material yang paling sering digunakan saat ini yaitu material  komposit.  Untuk  mendapatkan  bahan material  yang  sesuai,  telah  dilakukan  banyak penelitian  dan  berbagai  jenis  material  digunakan,

## ENTHALPY: Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
Journal homepage: http://ojs.uho.ac.id/index.php/ENTHALPY
termasuk komposit. Penggunaan komposit direkomendasikan sebagai alternativ bahan logam atau  sebagai  alternativ  berbagai  produk  yang diproduksi oleh perusahaan, mengingat keunggulan daya tahan pada komposit dan mudah di bentuk.
Penerapan  material  komposit,  khususnya pada variasi arah  serat komposit yang berlubang, distribusi tegangan dan regangan tarik pada variasi arah serat komposit yang berlubang memudahkan dalam penerapan pola susunan laminasi komposit berlubang dan sambungan pada proses pemboran dimana  konsentrasi  tegangan  dapat  terjadi  di daerah sekitar lubang. Variasi arah serat komposit yang  berlubang  menjadi  pertimbangan  dan parameter  penting  dalam  mendesain  material komposit.  Telah  dilakukan  penelitian  sebelumnya yang  berhubungan  dengan  hal  tersebut,  tentang Pengaruh Orientasi Arah Serat Terhadap Kekuatan Tarik  dan  Impact  Material  Komposit  Serat  Alam (Serat  Agave  dan  Serat  Sansivera)  menggunakan metode  konvensional  atau hand  lay  up .  Hasil pengujian  menunjukkan  bahwa  pada  sudut orientasi  arah  0˚/45˚  memiliki  nilai  uji  tarik  dan impact tertinggi dari posis sudut serat lainnya pada komposit  [1].  Salah  satu  material  penyusun komposit adalah  serat carbon .  Sifatnya yang  kuat dan  ringan  sehingga  serat carbon menjadi  salah satu bahan penguat komposit. Serat carbon sering menjadi bahan utama dalam suatu material karena memiliki beberapa kelebihan, Serat carbon sering digunakan sebagai penguat pada alat transportasi maupun struktur lainnya, hal tersebut diakibatkan karena kekuatannya yang tinggi meskipun seratnya lebih ringan dibandingkan logam [2]. Serat carbon menjadi  salah  satu  bahan  utama  dalam pembentukan  komposit CFRP yang  mempunyai bobot  yang  ringan,  kuat  tarik  yang  tinggi  dan superior dalam daktilitas. CFRP sendiri merupakan jenis komposit perkuatan struktur tahan terhadap korosi [3].
Dalam  rangka  meningkatkan  fungsi  guna komposit CFRP yang  sering  digunakan  di  dunia industri, perlu dilakukan penelitian dan pengembangan  komposit CFRP dan  mengetahui kekurangan  pada  kinerja  komposit CFRP ,  seperti pada  pola  susunan  laminasi  komposit CFRP berlubang.  Oleh  karena  itu,  peneliti  ingin mempelajari  sifat  tegangan  dan  regangan  tarik komposit CFRP berlubang menggunakan software Abaqus .

## 1.1. Definisi Komposit
Komposit termauk jenis benda multi fasa yang terdiri dari dua bahan penyusun atau lebih. Bahan penyusun  komposit  yaitu  matriks  sebagan  bahan pengikat  dan filler sebagai  penguat. Filler atau bahan penguat dapat berupa bentuk serat, partikel atau lembaran. Polimer, keramik dan logam dapat menjadi  material  penguat  dan  matriks.  Material- material  yang  kuat  namun  ringan  umumnya digunakan  sebagai  salah  satu  bahan  penyusun penguatan komposit. Sedangkan matriks meggunakan  material  yang  mempunyai  sifat  liat dan mudah dibentuk [4].
Komposit  terdiri  atas  dua  bahan  yaitu Filler dan matriks. Filler merupakan bahan penguat dan bentuknya bisa berupa serat. Serat yang digunakan termasuk serat E-glass , boron karbon dan lainnya. Matriks  adalah  fasa  campuran  dengan  fraksi terbesar  ( mayor )  atau  volume.  Substrat  komposit terbuat dari polimer, logam atau keramik [5].

## 1.2. Komposit Serat
Komposit  serat  adalah  komposit  yang menggunakan  serat  sebagai  bahan  penguat. Komposit  serat  terdiri  dari  beberapa  jenis  serat, diantaranya serat panjang yang memiliki kekuatan yang  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  yang berbentuk curah ( bulk ). Komposit yang menggunakan  penguat  berupa  serat  atau fiber merupakan jenis komposit yang terdiri dari hanya satu  lamina.  Beberapa  jenis fiber yang  umumnya digunakan yaitu berupa carbon fibers , fibers glass , aramid fibers ( poly aramide ), dan lain sebagainya. Sudut orientasi dalam bentuk anyaman, acak dan bahkan  orientasi  tertentu  dapat  disusun  pada orientasi serat ini [6].
1.3. Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP)
Komposit CFRP adalah  komposit  yang menggunakan serat carbon sebagai bahan penguat dan matriks atau bahan pengikat serat yaitu epoxy. Terdapat beberapa daerah dan istilah penyebutan pada  beberapa  material  penyusun  komposit tersebut. Interphase yaitu  perekat  antara  dua penyusun  komposit  dan interface yaitu  yang berbatasan  dengan  fasa  lain.  Ikatan  antar permukaan serat dan matriks terjadi akibat adanya gaya  adhesi  dan  kohesi.  Karakteristik  maupun beberapa  hal  yang  menentukan  sifat  komposit, antara lain bentuk dan penyusunan structural dari penyusun,  interaksi  antar  penyusun  dan  material yang menjadi penyusun komposit [7].

## 1.4. Tegangan Dan Regangan
Kekuatan  material  ( strength  of  materials ) yaitu mempelajari tentang hubungan yang terjadi pada benda elastis dengan tegangan dan regangan dalam  yang  disebabkan  oleh  gaya  yang  bekerja. Apabila  suatu  benda  ditarik  maka  bentuk  benda tersebut  akan  mengalami  perubahan  ( extension ). Hubungan  tegangan regangan  dinyatakan  dengan tegangan yaitu gaya persatuan luas dan regangan yaitu  pertambahan  panjang,  dinyatakan  dengan grafik berikut [8].

## Gambar 1. Grafik tegangan-regangan

## 1.5. Pengenalan Dasar Abaqus
Abaqus merupakan software yang didasarkan pada  metode  elemen  hingga  program  simulasi rekayasa  material.  Abaqus  memiliki  berbagai macam komponen hampir semua geometri  dapat dimodelkan. Berbagai macam pemodelan disediakan  oleh  program  ini,  dari  model  material sebagian  besar  perilaku  dapat  disimulasikan, termasuk  logam dan polymer.  Simulasi keperluan umum dapat digunakan pada program ini. Abaqus dapat  digunakan  untuk  menyelesaikan  berbagai permasalahan  Teknik  misalnya  kasus  mekanika fluida,  perpindahan  panas,  kekuatan  struktur, getaran,  dan  lain-lain.    Dengan  mengunakan simulasi Abaqus maka dapat diketahui karakteristik dari  sistem  yang  dibuat.    Hal  ini  tentu  sangat bermanfaat  karena  akan  mengurangi  adanya kesalahan dalam pembuatan rancangan yang pada akhirnya akan menciptakan desain yang efisien dan hemat biaya perancangan [9].
Gambar 2. Tampilan pada windows utama software abaqus .

## 2. Prosedur Penelitian
Perlatan yang di gunakan dalam penelitian ini yaitu  satu  unit  laptop  yang  sudah  di  lengkapi dengan Software Abaqus .
Bahan  yang  di  gunakan  adalah  komposit carbon  fiber  type T800S/3900-2B ,  dengan spesifikasi dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1. Properti material untuk carbon fiber tipe T800S/3900-2B [10].
Properti material carbon fiber tipe T800S/3900-
2B Young Modulus E (MPa) Longitudinal E1 Transverse E2=E3 151000 9160 Shear Modulus G (MPa) G12 = G13 G23 4620 2550 Poison Ratio v12=v13 0,302 v23 0,589 Adapun prosedur dalam penelitian ini adalah: 1. Menyiapkan alat dan bahan.
2. Mendesain benda uji pada module part .
3. Mendefinisikan  properti  material,  jumlah,  dan arah serat pada modul property .
4. Menentukan  langkah  yang  akan  di  lakukan dalam analisis pada modul step .
5. Menentukan  jenis  pengujian  yang  akan  di lakukan pada modul load .
6. Melakukan mesh spesimen pada modul mesh .
7. Melakukan  running  analisis  spesimen  pada modul job .
8. Melihat  data  hasil  analisis  pada modul Visualization .
9. Mencatat  data  yang  di  tunjukan  oleh  hasil analisis  meliputi  distribusi  tegangan  dan regangan.
10. Melakukan pembahasan berdasarkan hasil yang di dapatkan dalam analisis.
11. Menarik kesimpulan.

## 3. Metode Penelitian
Proses  simulasi  uji  tarik  pada  penelitian  ini dilakukan dengan menggunakan software Abaqus . Standar  dimensi  uji  menggunakan  ASTM  D  5766. Simulasi  uji  tarik  menggunakan  spesimen  uji komposit  CFRP  dengan  komposit  tipe  lamina unidirectional 8  lapisan  dengan  ketebalan  untuk masing-masing lapisan 0,194 mm. Adapun properti material yang digunakan adalah Carbon Fiber tipe T800S/#3900-2B  carbon/epoxy yang  memiliki diameter lubang 4 mm dengan arah serat yang di variasikan [11].
(a) (b) (c)
Gambar 3. distribusi tegangan (a) 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0° (b) 0°, 90°, 30°, -30°, -30°, 30°, 90°, 0° dan (c) 0°, 45°, -45°, 90°, 90°, 45°, 45°, 0.
Berdasarkan  gambar  di  atas,  nilai  yang  di dapatkan  melalui  simulasi  dapat  di  lihat  pada gambar  3,  bahwa  nilai  tegangan  maximum  yang terdapat  pada  masing-masing  spesimen  terjadi pada area tepi lubang, di mana tegangan maximum pada specimen arah serat searah (a) 0°, 0°, 0°, 0°, 0°,  0°,  0°,  0°  adalah  165,7  N/mm²,  tegangan maximum pada variasi arah serat (b) 0°, 90°, 30°, - 30°,  -30°,  30°,  90°,  0°  adalah  266,9  N/mm²,  dan tegangan maximum pada variasi arah serat (c) 0°, 45°,  -45°,  90°,  90°,  -45°,  45°,  0°  adalah  356,9 N/mm².
(a) (b) (c)
Gambar 4. distribusi regangan (a) 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0° (b) 0°, 90°, 30°, -30°, -30°, 30°, 90°, 0° dan (c) 0°, 45°, -45°, 90°, 90°, 45°, 45°, 0°
Berdasarkan  nilai  yang  di  dapatkan  melalui simulasi seperti pada gambar 4 dapat di lihat nilai regangan  maximum  yang  terdapat  pada  masing- masing spesimen terjadi pada area tepi lubang, di mana nilai ragangan maximum pada spesimen arah serat  (a)  0°,  0°,  0°,  0°,  0°,  0°,  0°,  0°  adalah  1,102, regangan maximum pada variasi arah serat (b) 0°, 90°,  30°,  -30°,  -30°,  30°,  90°,  0°  adalah  1,77,  dan regangan maximum pada variasi arah serat (c) 0°, 45°, -45°, 90°, 90°, -45°, 45°, 0° adalah 2,366.
Tabel 2. Data tegangan dan regangan spesimen Arah serat (a) 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°.
Arah serat (a) Regangan Tegangan (N/mm²) 0 0 0,1574 23,67 0,3148 47,33 0,4723 71 0,6297 94,67 0,7871 118,3 0,9445 142 1,102 165,7 Tabel 3. Data tegangan dan regangan spesimen Arah serat (b) 0°, 90°, 30°, -30°, -30°, 30°, 90°, 0°. Arah serat (b) Regangan Tegangan (N/mm²) 0 0 0,2529 38,13 0,5057 76,2 0,7586 114,4 1,011 152,5 1,264 190,7 1,517 228,8 1,77 266,9 Tabel 4. Data tegangan dan regangan spesimen Arah serat (c) 0°,45°, -45°, 90°, 90°, -45°, 45°, 0°. Arah serat (c) Regangan Tegangan (N/mm²) 0 0 0,3379 50,98 0,6759 102 1,014 152,9 1,352 203,9 1,69 254,9 2,028 305,9 2,366 356,9
(a) (b) (c)
Gambar 5. Grafik tegangan dan regangan tarik (a)
0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, (b) 0°, 90°, 30°, -30°, - 30°, 30°, 90°, 0° dan (c) 0°, 45°, -45°, 90°, 90°, -45°, 45°, 0°.
Pada gambar 5 menunjukkan grafik perbandingan  tegangan  regangan  pada  masing- masing  spesimen  berdasarkan  arah  serat  yang divariasikan, dari nilai yang di hasilkan dapat di lihat tegangan  yang  terjadi  pada  spesimen  dengan variasi arah serat (a) 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0°, 0° yaitu 165,7 N/mm², dan peningkatan regangan sebesar 1,102,  tegangan  yang  terjadi  pada  specimen dengan arah serat (b) 0°, 90°, 30°, -30°, -30°, 30°, 90°,  0°  yaitu  266,9  dan  peningkatan  regangan sebesar  1,77,  dan  tegangan  yang  terjadi  pada specimen dengan arah serat (c) 0°, 45°, -45°, 90°, 90°,  -45°,  45°,  0°  yaitu  356,9  dan  peningkatan regangan  sebesar  2,366.  Ini  menunjukkan  bahwa
0 23.67 47.33 71 94.67 118.3 142 165.7 0 50 100 150 200 0 0.5 1 1.5 Teg an gan N /mm² Regangan Tegangan-Regangan 0 38.13 76.2 114.4 152.5 190.7 228.8 266.9 0 100 200 300 0 0.5 1 1.5 2 Teg an gan N /mm² Regangan Tegangan-Regangan 0 50.98 102 152.9 203.9 254.9 305.9 356.9 0 100 200 300 400 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Teg an gan N /mm² Regangan Tegangan-Regangan
semakin  jauh  orientasi  arah  serat  terhadap  arah gaya  yang  di  berikan  maka  tegangan  yang  terjadi akan semakin besar pula, di akibatkan naiknya nilai konsentrasi tegangan. Kemampuan dari komposit dapat dipengaruhi oleh letak dan arah serat (Fahmi & Hermansyah, 2011) [12]. Kekuatan dari komposit lamina sangat dipengaruhi oleh arah serat,  hal ini sejalan  dengan  (Hossain,  dkk,  2013)  yang menyimpulkan  bahwa  pada  arah  memanjang kekuatan tarik dari sudut 0°, 0° komposit laminasi didapatkan lebih tinggi dibandingkan dengan sudut 0°, -45° komposit laminasi [13].

## 4. Kesimpulan
Hasil  pengujian  simulasi  dengan  metode elemen  hingga  menggunakan software  abaqus menunjukan  tegangan  tertinggi  terjadi  pada  pola susunan laminasi dengan orientasi arah serat (c) 0°, 45°,  -45°,  90°,  90°,  -45°,  45°,  0°  dengan  nilai tegangan sebesar 356,9 N/mm² dan nilai regangan sebesar  2,366.  Pada  pola  susunan  laminasi komposit CFRP yang berlubang nilai kekuatan tarik naik secara signifikan pada arah serat (c) 0°, 45°, - 45°,  90°,  90°,  -45°,  45°,  0°  di  bandingkan  dengan arah  serat  (a)  0°,  0°,  0°,  0°,  0°,  0°,  0°,  0°.  Ini menunjukkan  bahwa  semakin  jauh  orientasi  arah serat  terhadap  arah  gaya  yang  di  berikan  maka semakin  besar  pula  tegangan  yang  terjadi,  di akibatkan naiknya nilai konsentrasi tegangan.

## 5. Saran
Adapun  saran  pada  penelitian  selanjutnya yaitu sebagai berikut:
1. Untuk  melakukan  percobaan  selanjutnya dengan metode elemen hinnga menggunakan software abaqus agar menggunakan komposit berlubang  dengan  serat  anyaman  yang  di variasikan arah seratnya.
2. Perlu dilakukan pengujian tarik pada berbagai arah  sudut untuk mengetahui kekuatan  tarik disetiap orientasi seratnya.

## Daftar Pustaka
[1]   S.  Priyandokohadi  and  C.  Ahmad  Rizeki, "Analisa  Pengaruh  Orientasi  Arah  Serat Terhadsap  Kekuatan  Tarik  dan  Impact Material  Komposit  Serat  Alam  (Serat  Agave dan  Serat  Sansivera)," Teknik  Mesin, vol.  4 No.1, pp. 12-18, 2018.
[2]   A.  F.  Uman  and  M.  A.  Irfa'i,  "Studi  Fraksi Volume  Serat  Terhadap  Kekuatan  Tarik
Komposit Polyester Berpenguat Serat
Karbon," JTM, vol. 07, pp. 67-72, 2019.
[3]   A. Zega, "Pemodelan dan Analisis Reinforced Concrete Kolom  Persegi  Panjang  Dengan Komposit Carbon Fiber Reinforced Polymer ," Teknik Sipil, vol. 18, pp. 17-24, 2020.
[4]   Muhammad  and  P.  Putra,  Bahan  Teknik,
Aceh: Fakultas Teknik Universitas Malikussaleh Jurusan Teknik Mesin, 2014.
[5]   H. M. Rifai and H. Subawi, Pengenalan Teknik Komposit, Yogyakarta: Deepublish, 2016, pp. 1-167.
[6]   R.  M.  Jones, Mechanics  of  Composites Materials, United States of America : Taylor & Francis, Inc., 1999.
[7]   W.  D.  Callister, Materials  Science  and Engineering ,  New  York:  John  Wiley  &  Sons, Inc, 2007.
[8]   A.  M.  Zainuri,  Kekuatan  Bahan  ( Strength  of materials ), Yogyakarta: Andi, 2008.
[9]   S.  De,  Abaqus Handout,  United  States  of Amerika (USA): Polytechnic Institute , 2000.
[10]  R.  Othman,  " Experimental  and  Numerical Characterization  of  Low-Velocity  Impact Damage  of  a  CFRP  Laminate  with Interlayers," Material System, vol. 35, pp. 29- 35, 2017.
[11]  Sudarsono and K. Ogi, " Fatigue Behaviour of Open-Holed CFRP Laminates With Initially Cut Fibers," Open Journal of Composite Materials, vol. 7, pp. 49-62, 2017.
[12]  H.  Fahmi  and  H.  Hermansyah,  "Pengaruh Orientasi  Serat  Pada  Komposit  Resin Polyester/Serat  Daun  Nenas  Terhadap Kekuatan Tarik," Jurnal Teknik Mesin, vol. 1, pp. 46-52, 2011.
[13]  R.  Hossain,  A.  Islam,  A.  Van  Vuurea  and  I. Verpoest,  " Tensile  behavior  of  environment friendly  jute  epoxy  laminated  composite," Procedia Engineering, pp. 782-788, 2013.