Abstrak — Area dimana terjadi ketidaksempurnaan ikatan atau tidak  terdapatnya ikatan permukaan antara layer pada material komposit  didefinisikan  sebagai delaminasi . Delaminasi dapat terjadi  pada  material  sederhana  hingga  material  kompleks seperti  turbin  angin.  Oleh  sebab  itu,  penulis  mengulas  beberapa pengaruh  ukuran initial  crack ,  lokasi  dan  konfigurasi lay-up terhadap  respon delaminasi layer sub-bagian  turbin  angin  yaitu spar  cap pada  turbin  angin  berukuran  25  m.  Sub-bagian  turbin angin  menggunakan  material E-glass/Epoxy  prepeg .  Simulasi dilakukan  menggunakan  ANSYS  dengan  menggunakan  metode Cohesive  Zone . Delaminasi terjadi  antara layer dan  dimodelkan dengan interface  element .    Didapatkan  bahwa Initial  crack dengan  panjang a =  400  mm,  memiliki nilai reaction force yang lebih kecil nilainya dibandingkan dengan initial crack dengan a = 200  mm.  Letak initial crack berhubungan  dengan  ketebalan  (t) dimana  pada  saat  a  berada  pada  1/2 t memiliki ketahanan lebih baik  terhadap delaminasi ,  sementara  saat  a  berada  pada  3/5  t, peak reaction force menurun.    Sementara  arah  serat  dengan konfigurasi unsymetric memiliki reaction  force yang  lebih  kecil dibandingkan dengan material symetric ( unidirectional ).
Kata Kunci —Analisa Numerik, Cohesive , Delaminasi , Interface Element , Komposit, Turbin Angin

## I. PENDAHULUAN
REA  dimana  terjadi  ketidaksempurnaan  ikatan  atau tidak terdapatnya  ikatan  permukaan  antara layer pada  material komposit  didefinisikan  sebagai delaminasi . Delaminasi ini biasanya  terbentuk  karena  kecacatan  manufaktur,  area  dimana terdapat  konsentrasi  tegangan  pada  daerah  diskontinu  seperti lubang,  takik,  sambungan,  kerusakan  akibat  impak,  dan  pada saat  pengiriman  material.  Fenomena delaminasi sering  kita jumpai  dalam  kehidupan  sehari-hari,  contoh delaminasi sederhana yang sering kita jumpai adalah delaminasi pada cat, coating ,  hingga delaminasi kompleks  seperti  pada  bilah komposit  turbin  angin. Delaminasi menjadi  fenomena  yang paling  umum  dan  berbahaya  yang  sering  dijumpai  pada komposit.Mengingat  penggunaan  material  komposit  yang semakin  luas,  analisa  kegagalan  akibat delaminasi merupakan hal  penting  yang  saat  ini  sering  menjadi  fokus  bahan penelitiaan.
Komposit laminat adalah  komposit  yang  terdiri  dari kumpulan  lamina  yang  sifat  mekaniknya  berbeda  tergantung
pada  orientasi,  ketebalan,  dan  jumlah  tumpukan layer nya  [1]. Aplikasi  dari  komposit  ini  banyak  sekali  seperti  komponen mobil,  rompi  anti  peluru,  komponen  mesin,  pesawat  luar angkasa,  hingga  pengganti  atau  alternatif  lain  dari  logam karena  sifat  material  komposit  yang  sulit  didapatkan  dari logam.  Aplikasi  dari  komposit laminat salah  satunya  adalah pada rotor  blade turbin  angin.  Dengan  berkembangnya penggunaan  energi  angin  beberapa  tahun  terakhir, ukuran dari turbin  angin  menjadi  bertambah  besar  dengan  tujuan menangkap  lebih  banyak energi angin dengan biaya yang lebih rendah  [2]. Ketika ukuran turbin angin menjadi semakin besar, tipe  kegagalan  berubah  dan  pembebanan  menjadi  penting  [3]. Dalam  kondisi  operasionalnya,  turbin  angin  mengalami  beban aerodinamis  yang  tinggi  yang  menyebabkan  turbin  angin mengalami bending .  Beban  yang  dialami  tersebut  ditahan dengan  kekuatan  dan  kekakuan  yang  terdapat  pada  bagian main  spar dan shear  webs . Delaminasi biasanya  ditemukan pada daerah main spar .
Berbagai  macam  metode  komputasi  dan  eksperimen  telah dilakukan untuk mengetahui efek delaminasi pada turbin angin. Salah  satunya  adalah  Hasselbach,  P.U.,Bitsche,  dan  R.D, Branner,    pada tahun 2015, telah melalukan penelitian tentang efek delaminasi terhadap local  buckling pada blade turbin angina  [4].  Serta  Chen,  Xiao.,  Zhao,Wei.,  Lu,  Xiao.,  dan Zhong  Xu,Jian  pada  tahun  2014  melakukan  penelitian  pada kegagalan dan simulasi finite element blade turbin angin dalam kondisi pembebanan statis [5].
Oleh  karena  itu,  dilakukan  simulasi  kembali  menggunakan finite  elemen  modeling ,  fenomena delaminasi pada  turbin angin namun dengan variasi yang berbeda.

## II. TINJAUAN PUSTAKA

## A. Cohesive Zone Model
Pada  penelitian  kali  ini  penulis  menggunakan  analisis delaminasi menggunakan hukum delaminasi billinier interface element [6] dimana hukum tersebut mendefinisikan delaminasi sebagai fenomena traction - displacement jump dan menentukan kasus  sebagai  deformasi single  mode pada interface dari laminated  material .  Untuk  terjadinya delaminasi , reaction force harus mencapai peak . Tahap terjadinya delaminasi adalah
Evaluasi Numerik untuk Delaminasi Layer Sub-

## Bagian Turbin Angin dengan Model Cohesive Zone
Fikan Mubarok Rohimsyah, Mas Irfan P.Hidayat, dan Lukman Noerochim Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail : irfan@material.its.ac.id
A
sebagai berikut:
-  D = 0, sampai damage onset (garis OA, gambar 1) interface material  belum  mengalami damage ,  masih  mempertahankan kekakuan awal.
-  0 < D < 1, secara bertahap material kehilangan kekakuannya (garis OA-OC, gambar 1).
-  D  =  1  pada  saat  titik fracture (titik  C,  gambar  1)  dimana tidak ada lagi kekakuan yang berarti tidak adanya stress yang terdapat pada interface . Cohesive  element didesain  untuk  merepresentasikan delaminasi saat  ketebalan interface -nya  0 (zero  thickness) diantara layer dari elemen 3 dimensi.

## III. METODE PENELITIAN

## A. Spesifikasi Material
Material  komposit  yang  digunakan  adalah E-glass/Epoxy prepeg. Berikut sifat mekanik E-glass/Epoxy prepeg :
Tabel 1. Sifat Mekanik Komposit
Modulus Young arah x (GPa) E 1 41,63 Modulus Young arah y (GPa) E 2 14,93 Modulus Young arah z (GPA) E 3 13,43 Poisson ratio arah xy 0,2675 Poisson ratio arah xz 0,2675 Poisson ratio arah yz 0,3301 Modulus geser arah xy (GPa) 5,047 Modulus geser arah xz (GPa) 5,047 Modulus geser arah yz (GPa) 5,047
Tabel 2. Cohesive zone properties
G Ic (J/m 2 ) 41,63 G IIc (J/m 2 ) 14,93 G IIIc (J/m 2 ) 13,43
Turbin  angin  menggunakan  acuan  ukuran  25  meter    dengan fokus  penelitian delaminasi terdapat  pada  bagian  yang menerima beban struktural yaitu pada bagian main spar .
Gambar. 2. Desain blade turbin angin 25 m
Gambar. 3. Peletakan initial crack pada model
Dengan  masif  dan  kompleksnya  geometri  dari  turbin  angin penelitian  terhadap delaminasi disimplifikasi  terhadap  daerah dimana  terjadinya delaminasi sangat  penting  berpengaruh terhadap kekuatan struktural dari turbin angin sehingga diambil bagian main  spar/caps . Section yang  diambil  berada  pada panjang  (p)  9.5m-13,2m  dari root yaitu  sebesar  3700  mm dengan  tebal  (t)  29  mm  dan  memiliki  beberapa layer (n layer ) yaitu  8  dan  16 layer .  Lebar  bagian  di  dekat root sebesar  640 mm dan lebar pada ujung lain sebesar 540 mm.

## B. Pemodelan
Pemodelan pada penilitian ini menggunakan perangkat lunak Ansys  Mechanical  APDL  Release  17.0 .  Sementara  elemen yang  digunakan  adalah 8-node  solid  element (SOLID185) sebagai  material  komposit  dan cohesive  8  node  205 (INTER205) sebagai elemen cohesive .

## Gambar. 4. Hasil Pemodelan
Gambar 4 menunjukkan pemberian beban displacement (panah warna  merah)  diujung  material  komposit, initial  crack diletakan  pada jarak 100 mm dari beban displacement diujung pembebanan
C. Parameter uji
Untuk  mengetahui  pengaruh  panjang initial crack ,  letak initial crack ,  konfigurasi lay-up ,  dan  distribusi initial crack terhadap respon delaminasi pada komposit, maka ada beberapa parameter yang digunakan dalam penelitian kali ini yaitu:
Δ Δ z x
Gambar. 1. Stress transfer model pada metode Cohesive Zone Model
Tabel 3.
Parameter uji dan konfigurasi Case Lay-up Letak Initial Crack (a) mm Displaceme nt (Δ) mm 1 [0 4 //0 4 ] 100 mm dari tepi pembebanan 400 20 50 100 100 mm dari tepi pembebanan 200 20 50 100 2 [(±45) 2 /0/- 45//+45/0/( ±45) 2 ]
100 mm dari tepi pembebanan 400
20 50 100 100 mm dari tepi pembebanan 200 20 50 100 3 [(±45) 2 /0/(± 45) 2 //0/(±45 ) 2 ] 100 mm dari tepi pembebanan 400
20 50 100
100 mm dari tepi pembebanan 200
20 50 100 4 [0 8 //0 8 ] 100 mm dari tepi pembebanan 400 20 50 100
100 mm dari tepi pembebanan
200
20 50 100 5 [(±45) 2 /0 4 /( ±45) 2 //(±45 ) 2 /0 4 /(±45) 2 ] 100 mm dari tepi pembebanan 400 20 50 100 100 mm dari tepi pembebanan 200 20 50 100 6 [(±45) 2 /0 4 /( ±45) 2 /(±45)
2 //0 4 /(±45) 2 ] 100 mm dari tepi pembebanan 400 20 50 100 100 mm dari tepi pembebanan 200 20 50 100
Pada  tabel  3  tanda 0 n ,  0 menunjukkan  bahwa  orientasi  arah serat  adalah  0°,  dan n menunjukkan  jumlah  lamina,  sementara tanda  (//) menunjukkan adanya delaminasi .  Pada penelitian ini digunakan  2  jumlah layer yaitu  8 layer dan  16 layer dengan konfigurasi  arah  serat  0°  dan  kombinasi layer ±45° dengan 0° seperti dalam tabel 3.

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Pengaruh panjang Initial Crack
Untuk  mengetahui  pengaruh  panjang initial crack ,  maka dibandingkan  hasil  saat  panjang initial  crack a  =  400  mm dengan initial  crack a  =  200  mm.  Pada  gambar  3, case  1 dengan a = 400 mm ditunjukkan oleh garis warna biru, dan a = 200  mm  ditunjukkan  oleh  garis  berwarna  merah. a  = 400  mm memiliki peak reaction force sebesar 3757,473 N, dan a = 200 mm dengan initial crack yang lebih pendek memiliki nilai peak reaction force sebesar 5194.675 N.
Gambar. 5. Kurva Reaction Force-Displacement case 1 (a= 400 mm) dan (a= 200 mm)
Berdasarkan teori Inglish dalam buku  [7]  disebutkan bahwa semakin  kecil initial  crack maka energi yang dibutuhkan akan semakin  besar.  Sehingga  hasil  penelitian  pada case ini  sesuai dengan  literatur.  Pada case  4 juga  mengalami  respon  yang sama.  Namun  untuk peak  reaction pada  masing-masing perbedaan initial crack dan pembebanan displacement memiliki peak reaction sedikit lebih rendah dari case 1.
B. Pengaruh Konfigurasi Lay-up Saat a Terletak pada 1/2 t Untuk  mengetahui  pengaruh  konfigurasi lay-up, maka dibandingkan  hasil  pada case 1  dengan case 2  pada  saat  a terletak pada 1/2 t.
Gambar. 6. Kurva Reaction Force - Displacement case 1 (biru) dan case 2 (merah) dengan (a= 400 mm)
Gambar 7. Kurva Reaction Force - Displacement case 1 (biru) dan case 2 (merah) dengan (a= 200 mm)
Pada initial crack 400 mm Peak reaction force case 1 untuk adalah  3757.473  N  pada  bagian  atas  dan  2701.288  N  pada bagian  bawah.  Sementara  pada  dan case 2  adalah  3438,15  N dan  3421,337  N  pada  bagian  bawah.  Untuk initial  crack 200 mm. Peak  reaction  force  case 1  adalah  5194,675  N  dengan dan 5194,092 N pada bagian bawah. Sementara pada dan case 2 adalah 5016,294 dan 5013,501 N pada bagian bawah.
Seperti pada initial crack 400, hal yang sama didapati pada initial  crack 200  mm  dimana  distribusi  tegangan unsymetric
berbeda  dengan symetric  (unidirectional) dengan  nilai peak reaction  force untuk case 1  dengan  konfigurasi  arah  serat unidirectional memiliki reaction  force yang  lebih  tinggi dibandingkan  dengan peak  reaction  force saat  arah  seratnya unsymetric. Sedangkan pada case 4 dan case 5 juga mengalami respon  yang  sama.  Namun  untuk peak  reaction pada  masing- masing  perbedaan initial  crack dan  pembebanan displacement memiliki peak reaction sedikit lebih rendah.
C. Pengaruh Konfigurasi Lay-up Saat a Terletak pada 3/5 t
Untuk  mengetahui  pengaruh  lokasi initial  crack, maka dibandingkan  hasil  pada case  2 dengan case  3 pada  saat  a terletak pada 3/5 t.
Gambar. 8. Kurva Reaction Force - Displacement case 2 (biru) dan case 3 (merah) dengan (a= 400 mm)
Gambar. 9. Kurva Reaction Force - Displacement case 2 (biru) dan case 3 (merah) dengan (a= 200 mm)
Untuk initial crack 400 mm nilai peak reaction force case 3 dibagian  atas  yang  lebih  tipis adalah 3434,039 N dan dibagian bawah 3449,765 N. Sementara pada case 2 nilai reaction force dibagian  atas 3438.15 N adalah dan dibagian bawah 3421,337 N.  Sedangkan  pada  Untuk initial  crack 200  mm  nilai peak reaction  force case 3  dibagian  atas  yang  lebih  tipis  adalah 4749,133 N dan dibagian bawah 4756,2007 N. Sementara pada case 2  nilai reaction  force dibagian  atas  5016,294  N  dan dibagian  bawah  5013,501  N.  Sama  seperti  pembahasan sebelumya,  setelah  terjadinya peak  reaction  force ,  nilai  dari reaction  force turun  karena  telah  berhasil  membuka interface element . Begitu pula pada case 5 dan case 6 respon yang sama dengan peak  reaction pada  masing-masing  perbedaan initial crack dan  pembebanan displacement memiliki peak  reaction sedikit lebih rendah.
Gambar 10. Distribusi tegangan Reaction Force - Displacement case 2 (biru) dan case 3 (merah)  dengan (a= 200 mm)
Dari  seluruh  pembahasan,  didapatkan  bahwa  variabel- variabel  berpengaruh  terhadap  respon delaminasi pada  sub- bagian  turbin  angin  ( main  spar) ,  namun  hal  terpenting  untuk diperhatikan  dalam  menghadapi  fenomena delaminasi pada turbin  angin  adalah  konfigurasi  dari  arah  serat.  Pemilihan konfigurasi  arah  serat  menjadi  penting  karena  berpengaruh terhadap peak  reaction  force ,  arah  serat  yang  berbeda menyebabkan force untuk  membuka interface elemen  berbeda pula. Pada penelitian  ini material unidirectional memiliki load carrying tertinggi  namun  demikian  penggunaan  material unidirectional perlu  dikaji  lebih  dalam  lagi  untuk  menjadi material  terbaik  pada  sub-bagian  turbin  angin  dalam  hal  ini main spar/ spar cap .

## V. KESIMPULAN
Setelah  dilakukan  penelitian  mengenai  proses delaminasi yang terjadi pada layer sub-bagian turbin angin dengan metode numerik  atau  simulasi  pemodelan.  Dari  hasil  tersebut,dapat disimpulkan bahwa Initial crack dengan panjang a = 400 mm, memiliki  nilai reaction  force sebesar  3757,473  N  yang  lebih kecil  nilainya  dibandingkan  dengan initial crack dengan    a  = 200  mm  dengan  nilai peak reaction sebesar  5194,675  N selanjutnya,  letak initial crack berhubungan  dengan  ketebalan (t), pada saat a berada pada 1/2 t memiliki ketahanan lebih baik terhadap delaminasi , sementara saat a berada pada 3/5 t, peak reaction  force menurun  serta  arah  serat  dengan  konfigurasi unsymetric memiliki reaction  force yang  lebih  kecil dibandingkan dengan symetric unidirectional.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  kedua  orang  tua dan  kakak  yang  telah  memberikan  dukungan  finansial  dan motivasi  sehingga  penelitian  ini  selesai  tepat  pada  waktunya. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang  telah  memberikan  bantuan  baik  moril  maupun  materi sehingga penelitian ini bisa terselesaikan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]   Sulistijono.(2012) Mekanika Material Komposit, ITS PRESS [2]   Griffith, D.T. Technology Trends 2012. Presented at the 5th Sandia Wind Turbine Blade Workshop,Albuquerque, NM, USA, 30 May–1 June 2012.
[3]  Jensen,  F.M.,Falzon.B.G.,Ankersen,J(2006)  Structural  testing  and numerical simulation of a 34 m composite wind turbine blade ,Composite Structure,76,52-61 [4]  Chen,  Xiao.,  Zhao,Wei.,  Lu,  Xiao.,  and  Zhong  Xu,Jian  (2014)  Failure Test and Finite Element Simulation of a Large Wind Turbine Composite
Blade under Static Loading, Energies , 7, 2274-2297 [5]   Haselbach,  P.U.,Bitsche,  R.D,  Branner,  K.(2015)  The  effect  of de laminat ions  on  local  buckling  in  wind  turbine blade s,  Renewable Energy, 85,295-305 [6]   Barbero,  E.J.  2008.  Finite Element and  Analysis  of  Composite Materials. C.R.C. Press. Page: 273 [7]  Fisher,  Antony.  Introduction  to  Contact  Mechanics  :  Second  Edition.  © 2007 Springer Science+Business Media, LLC. USA.