## Karakteristik Tegangan dan Regangan Tarik Pada Komposit CFRP Yang Berlubang
Muhammad Ikhsan 1), Sudarasono 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: ikhsanmesin3@gmail.com Article Info Abstrak Available online September 10, 2021 Dalam dunia perindustrian, perkembangan teknologi material semakin pesat. Ada peningkatan permintaan bahan dengan sifat tertentu seperti pada komposit yang berlubang.  Pertimbangan  komposit  berlubang  merupakan  parameter  penting dalam desain komponen komposit. Tujuan di lakukannya penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik tegangan dan regangan tarik pada komposit CFRP yang berlubang.  Metode  pelitian  yang  di  gunakan  yaitu  melakukan  analisa  uji  tarik menggunakan software abaqus , analisa uji tarik di lakukan dengan 3 variasi ukuran diameter lubang (2 mm, 4 mm, dan 6 mm). Dari hasil simulasi uji tarik di dapatkan tegangan  tertinggi  terjadi  pada  komposit  diameter  6  mm  dengan  nilai  tegangan maximumnya sebesar 180,4 N/mm², dan tegangan terendah terjadi pada komposit diameter  2  mm  dengan  nilai  tegangan  maximumnya  sebesar  102,6  N/mm². Tegngan dan regangan tertinggi yang terjadi pada masing-masing spesimen terletak pada tepi lubang tegak lurus arah gaya, tegangan dan regangan naik berdasarkan diameter  lubang  pada  komposit,  semakin  besar  diameter  pada  komposit  maka semakin besar pula tegangan yang terjadi.
Kata kunci : Uji tarik, komposit CFRP, software abaqus

## Abstract
In the industrial world, the development of material technology is growing rapidly. There  is  an  increasing  demand  for  materials  with  certain  properties  such  as perforated composites. The consideration of perforated composites is an important parameter in the design of composite components. The purpose of this study was to determine the tensile stress and strain characteristics of hollow CFRP composites. The research method used is to analyze the tensile test using abaqus software, the tensile test analysis is carried out with 3 variations in the diameter of the hole (2 mm, 4 mm, and 6 mm). From the tensile test simulation results, it is found that the highest stress occurs in the 6 mm diameter composite with a maximum stress value of 180.4 N/mm², and the lowest stress occurs in the 2 mm diameter composite with a maximum stress value of 102.6 N/mm². The highest stress and strain that occurs in each specimen is located on the edge of the hole perpendicular to the direction of the force, the stress and strain increase based on  the  diameter of the hole  in the composite,  the  larger  the  diameter  in  the  composite,  the  greater  the  stress  that occurs..
Keywords: Tensile test, CFRP composite, abaqus software

## 1. Pendahuluan
Di  bidang  industri,  perkembangan  teknologi material  semakin  pesat.  Ada  peningkatan permintaan  untuk  bahan  dengan  sifat  tertentu. Berbagai  jenis  bahan  digunakan  dan  banyak penelitian  sedang  dilakukan  untuk  mendapatkan
bahan yang sesuai, termasuk komposit. Mengingat keunggulan  daya  tahan  dan  sifat-sifat  lainnya, penggunaan  komposit  direkomendasikan  sebagai alternatif  bahan  logam  atau  sebagai  alternatif berbagai produk yang diproduksi oleh perusahaan karena mudah dibentuk saat dibutuhkan.

## ENTHALPY: Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
Journal homepage: http://ojs.uho.ac.id/index.php/ENTHALPY
Penerapan komposit, terutama pada komposit  berongga,  distribusi  tegangan  dan regangan  di  daerah  sekitar  lubang  memudahkan penerapan  komposit  sambungan  pada  proses pemboran  dimana  konsentrasi  tegangan  dapat terjadi. Pertimbangan komposit berlubang merupakan  parameter  penting  dalam  desain komponen  komposit.  Berkaitan  dengan  hal tersebut,  telah  dilakukan  penelitian  tentang pengaruh arah serat dan susunan lapisan terhadap faktor  konsentrasi  tegangan  pada  komposit laminate  carbon/epoxy  As4  3501-6  berlubang lingkaran  dan  elips  dan  hasil  penelitian menunjukkan bahwa pada plat komposit berlubang lingkaran  mengakibatkan  naiknya  konsentrasi tegangan yang diakibatkan oleh pengurangan luas penampang plat [1].
Serat  karbon  adalah  salah  satu  material komposit.  Komposit  yang  diperkuat  serat  karbon merupakan jenis material komposit yang menggunakan  serat  karbon  sebagai  salah  satu penyusunnya,  sehingga  sangat  kuat  dan  ringan. Serat karbon sendiri memiliki beberapa keunggulan, seperti tahan terhadap korosi, mudah dibentuk  sesuai  dengan  kebutuhan,  serta  lebih unggul dari logam berdasarkan kekuatan, sehingga serat karbon sering di jadikan komponen utamam dalam suatiu material [2].
Komposit CFRP adalah komposit yang berasal dari  serat  karbon,  dan  salah  satu  keunggulan komposit CFRP dibandingkan besi dan baja adalah tahan lama dan ringan. Dalam rangka meningkatkan  fungsi komposit CFRP yang  banyak digunakan  di  industri,  perlu  dilakukan  penelitian dan pengembangan komposit CFRP dan mengetahui  apakah  terdapat  kelemahan  kinerja pada  komposit  CFRP,  seperti  komposit  CFRP berongga.  Oleh  karena  itu,  peneliti  ingin mempelajari  sifat  tegangan  tarik  dan  regangan komposit CFRP berlubang  menggunakan software Abaqus.

## 1.2.   Definisi Komposit
Komposit  adalah  suatu  material  yang  jenis dan/atau  komposisi  unsurnya  ditentukan  secara makroskopis dalam sebuah struktur material yang terdiri  dari  kombinasi  atau  campuran  dua  atau lebih  bahan  utama  lainnya.  Materi  tidak  dapat dipisahkan [3]. Material komposit terdiri atas dua komponen  yaitu Filler dan  matriks. Filler adalah bahan  pengisi  yang  digunakan  untuk  membuat komposit biasanya dalam bentuk serat. Serat yang biasa  dipakai  dalam  produksi  komposit  termasuk serat E-glass ,  boron  karbon  dan  lainnya.  Matriks
adalah  fasa  campuran  dengan  fraksi  terbesar (mayor)  atau  volume.  Substrat  komposit  terbuat dari bahan polimer, logam atau keramik [4].

## 1.3.   Komposit Serat
Komposit serat adalah komposit yang terbuat dari  serat  dan  matriks.  Secara  alami  serat  yang panjang memiliki kekuatan yang lebih dibandingkan  serat  yang  berbentuk  curah. Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu  lamina  atau  satu  lapisan  yang  menggunakan penguat  berupa  serat.  Serat  yang  dipakai  bisa berupa serat kaca, serat karbon, aramid fibers ( poly aramide ), dan lain sebagainya [5].
1.4. Carbon ` Fiber ` Reinforced ` Polymer ` (CFRP) `
Filler (pengisi)  memakai  serat  fiber carbon , untuk  matriks  memakai  polimer epoxy .  Dengan menggunkan  kedua  material  komposit  ini memungkinkan  memakai  istilah  penyebutannya. Interphase merupakan  perekat  antara  dua penyusun  dan interface adalah  permukaan  fasa yang berbatasan dengan fasa lain. Secara struktur mikro  material  komposit  tidak  merubah  material pembetuknya,  tetapi  secara  keseluruhan  material komposit  berbeda  dengan  material  penyusunya disebabkan terjadi ikatan pada permukaan  antara matriks  dan  serat.  Ikatan  pada  permukaan  ini terjadi karena adanya gaya adhesi dan kohesi. Sifat dan  karakteristik  dari  komposit  ditentukan  oleh beberapa  hal,  antara  lain  material  yang  menjadi penyusun  komposit,  bentuk  dan  penyusunan structural  dari  penyusun  dan  interaksi  antar penyusun [6].

## 1.5. Tegangan Dan Regangan
Kekuatan bahan ( strength of materials ) adalah ilmu  yang  mempelajari  hubungan  antara  yang terjadi  pada  benda  elastis  dengan  tegangan  dan regangan  dalam  yang  diakibatkan  oleh  gaya  yang bekerja. Jika  suatu  benda  ditarik  maka  benda tersebut  akan  berubah  bentuk  ( extension ),  ada hubungan  antara  pertambahan  panjang  dengan gaya  yang  diberikan.  Jika  gaya  persatuan  luas disebut  tegangan  dan  pertambahan  panjang disebut  regangan,  maka  hubungan  ini  dinyatakan dengan grafik tegangan-regangan.

## Gambar 1. Diagram tegangan-regangan [7]
1.5 Pengenalan Dasar Abaqus
Perangkat  lunak Abaqus yaitu  perangkat program  analisa  rekayasa  berdasarkan  metode elemen  hingga  yang  dapat  memecahkan  masalah dari  simulasi  nonlinier  yang  paling  menuntut hingga  analisis  linier  yang  relatif  sederhana. Program Abaqus berisi perpustakaan besar elemen untuk  memodelkan  sebagian  besar  bentuk. Program  ini  berisi  daftar  model  material  yang sangat  lengkap  yang  dapat  melakukan  simulasi perilaku dari sebagian besar material teknik seperti logam, karet, polimer, komposit, beton bertulang, dan  busa.  Dibuat  sebagai  alat  simulasi  tujuan umum Abaqus dapat digunakan untuk studi selain struktur masalah (stres / perpindahan).
Gambar 1. Komponen ` pada ` windows utama ` program ` abaqus [8]

## 2. Metode Penelitian
Penelitian  ini  dilakukan  di  Laboratorium Komputasi  Jurusan  Teknik  Mesin  Fakultas  Teknik Universitas  Halu  Oleo,  Kendari  dan  ruang  kerja lain  yang  bersifat  fleksibel.  Alat  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 pada tabel 1.
Tabel 1. Properti material untuk carbon fiber tipe T800S/3900-2B [9].
Properti material carbon fiber tipe
T800S/3900-2B Young Modulus E (Mpa) Longitudinal E1 151000 Transverse E2=E3 9160 Shear Modulus G (Mpa) G12 = G13 4620 G23 2550 Poison Ratio v 12=v13 0,302 v 23 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. Hasil dan Pembahasan
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 bervariasi mulai dari 2 mm, 4 mm, dan 6 mm [10].
(a) (b)
(c)
Gambar 4. Distribusi tegangan pada sekitar lubang (a) diameter lubang 2 mm, (b) diameter lubang 4 mm, (c) diameter lubang 6 mm
Berdasarkan  data  yang  di  dapatkan  melalui simulasi  seperti  pada  gambar  4.17  dapat  di  lihat kontur  tegangan  tertinggi  yang  terjadi  pada masing-masing  spesimen  terdapat  pada  tepi lubang  tegak  lurus  arah  gaya  di  mana  tegangan tertinggi pada spesimen diameter 2 mm yaitu 103,6 N/mm²,  tegangan  tertinggi  pada  spesimen diameter  4  mm  yaitu  150,3  N/mm²,  tegangan tertinggi pada spesimen diameter 6 mm yaitu 180,4 N/mm²
(a)
(b)
(c)
Gambar 4. Distribusi regangan pada sekitar lubang (a) diameter lubang 2 mm, (b) diameter lubang 4 mm, (c) diameter lubang 6 mm
Berdasarkan  data  yang  di  dapatkan  melalui simulasi  seperti  pada  gambar  4.18  dapat  di  lihat kontur  regangan  tertinggi  yang  terjadi  pada masing-masing  spesimen  terdapat  pada  tepi lubang  tegak  lurus  arah  gaya  di  mana  ragangan tertinggi  pada  spesimen  diameter  2  mm  yaitu 0,0002388,  regangan  tertinggi  pada  spesimen diameter  4  mm  yaitu  0,0004496,  regangan
tertinggi  pada  spesimen  diameter  6  mm  yaitu 0,000503.
Tabel  2.  Data  tegangan  dan  regangan  spesimen diameter 2 mm pada hasil uji tarik pada komposit CFRP yang berlubang
Diameter lubang 2 mm
Regangan Tegangan (N/mm²) 0 0 9,86E-05 14,81 0,000197 29,61 0,000296 44,42 0,000394 59,22 0,000493 74,03 0,000592 88,83 0,00069 103,6
Tabel  3.  Data  tegangan  dan  regangan  spesimen diameter 4 mm pada hasil uji tarik pada komposit CFRP yang berlubang
Diameter lubang 4 mm Regangan Tegangan (N/mm²) 0 0 0,0001424 21,47 0,0002847 42,95 0,0004217 64,42 0,0005695 85,89 0,0007119 107,4 0,0008542 128,8 0,0009966 150,3
Tabel  4.  Data  tegangan  dan  regangan  spesimen diameter 2 mm pada hasil uji tarik pada komposit CFRP yang berlubang
Diameter lubang 6 mm Regangan Tegangan (N/mm²) 0 0 0,0001751 25,78 0,000343 51,55 0,0005145 77,33
0,000686 103,1 0,0008575 128,9 0,001029 154,7 0,001201 180,4
(a)
(b)
(c)
Gambar 5. grafik distribusi tegangan dan regangan (a) diameter lubang 2 mm, (b) diameter lubang 4 mm, (c) Diameter Lubang 6 mm Pada gambar di atas merupakan perbandingan tegangan  regangan  dari  masing-masing  spesimen
0 14.81 29.61 44.42 59.22 74.03 88.83 103.6 0 20 40 60 80 100 120 0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 Te ga n ga n ( N /m m ²) Regangan (%) 0 21.47 42.95 64.42 85.89 107.4 128.8 150.3 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 0.0005 0.001 0.0015 Te ga n ga n ( N /m m ²) Regangan (%) 0 25.78 51.55 77.33 103.1 128.9 154.7 180.4 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 0.0005 0.001 0.0015 Te ga n ga n ( N /m m ²) Regangan (%)
berdasarkan  diameter  lubang,  dari  hasil  yang  di dapatkan dapat di lihat tegangan yang terjadi pada spesimen  diameter  lubang  2  mm  sebesar  102,6 N/mm²,  dan  peningkatan  regangan  untuk  setiap step  time  sebesar  0,00034513.  Tegangan  yang terjadi pada spesimen diameter 4 mm sebesar150,3  N/mm²,  dan  peningkatan  regangan sebesar  0,00049763.  Tegangan  yang  terjadi  pada spesimen  diameter  6  mm  sebesar  180,4  N/mm², dan peningkatan tegangan sebesar 0,00060076. Ini menandakan  bahwa  semakin  besar  diameter lubang, semakin besar pula tegangan yang terjadi, di  akibatkan  naiknya  nilai  konsentrasi  tegangan. Hal ini sejalan dengan penelitian (Nurrohmad, dkk) yang menyimpulkan bahwa semakin besar lubang pada  sebuah  spesimen  maka  semakin  besar  pula tegangannya [11].

## 4. Kesimpulan
Hasil pengujian menunjukan bahwa Perubahan tegangan yang sangat signifikan terjadi pada  sekitar  lubang  ketika  lubang  pada  komposit semakin  bertambah  besar.  Tegangan  terbesar terjadi  pada  komposit  dengan  diameter  lubang  6 mm.  Jadi  pada  komposit  CFRP  yang  berlubang memiliki karakteristik tegangan dan regangan yang sangat besar pada tepi lubang dan akan naik secara signifikan ketika lubang pada komposit bertambah besar.

## 5. Saran
Adapun saran untuk penelitian selanjutnya yaitu sebagai berikut :
1. Perlu di lakukan studi experimental agar dapat melihat perbandingan antara studi
experimental dan numerik
2. Untuk  pengujian  selanjutnya  agar  dapat menggunakn  tipe  kerusakan  pada  software abaqus  agar  dapat  melihat  titik  kepatahan pada tegangan maximum dalam analisis

## Daftar Pustaka
[1] I.  W.  Puja,  S.  Soemantri  B.  dan  B.  Riyanto, “ Pengaruh  Arah  Serat  Dan  Susunan  Lapisan Terhadap Faktor Konsentrasi Tegangan Pada
Komposit Laminate Carbon/Epoxy As4/3501- 6 Berlubang Lingkaran Dan Elips ,” Mesin, vol. XII No.2, pp. 39-47, 2017.
[2] A.  F.  Uman  dan  M.  A.  Irfa'i,  “ Studi  Fraksi Volume  Serat  Terhadap  Kekuatan  Tarik
Komposit Polyester Berpenguat Serat Karbon ,” JTM, vol. 07, pp. 67-72, 2019.
[3]   S. K. Mazumdar, Composites Manufacturing, United  States  of  America:  CRC  Prees  LLC, 2002.
[4]   Hartono, M. Rifai dan H. Subawi, Pengenalan Teknik  Komposit,  Yogyakarta:  Deepublish, 2016.
[5]   R.  M.  Jones,  Mechanics  of  Composites Materials, United States of America: Taylor & Francis, Inc., 1999.
[6]   W.  D.  Callister,  Materials  Science  and Engineering,  New  York:  John  Wiley  &  Sons, Inc, 2007.
[7]   A.  M.  Zainuri,  Kekuatan  Bahan,  Yogyakarta: Andi, 2008.
[8]   S.  De,  Abaqus  Handout,  United  States  of Amerika (USA): Polytechnic Institute, 2000.
[9] 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.
[10] Sudarsono dan K. Ogi, “Fatigue Behaviour of Open-Holed  CFRP  Laminates  With  Initially Cut  Fibers,” Open  Journal  of  Composite Materials, vol. 7, pp. 49-62, 2017.
[11]  A. Nurrohmad, V. A.  Pratama, R. Fitriansyah dan  A.  B.  Utama,  “ Penerapan  Metode Taguchi  Robust  Design  Untuk  Optimisasi Pelat Komposit Berlubang Pada Pesawat LSU- 05  NG,”  d alam Seminar  Nasional  Iptek Penerbangan  Dan  Antariksa  XXIII ,  Serpong, 2019.