## Karakteristik mekanik honeycomb sandwich komposit fiberglass dengan dimensi cell-pitch 40 mm dan cell height 15 mm
Marsono 1 , Daud Haluk 1
1 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Nasional Jl. PKH. Mustapha No. 23. Bandung, 40124, Indonesia Email korespondensi: marsono@itenas.ac.id

## Abstrak
Material dengan struktur honeycomb sandwich telah banyak dimanfaatkan karena kekuatan strukturnya yang relatif tinggi dengan bobot yang ringan. Material jenis ini cocok digunakan pada mobil hemat energi, yaitu dalam rangka  meningkatkan  power  to  weight  ratio.  Kajian  ini  dilakukan  untuk  melanjutkan  penelitian  sebelumnya dengan  inti  pembahasan  pada  kekuatan  lentur  dan  kekakuan  panel  honeycomb  sandwich.  Panel  honeycomb sandwich  yang  dibuat  dari  bahan  komposit  serat  kaca  nantinya  akan  diterapkan  untuk  chassis  monocoque. Beberapa panel honeycomb sandwich dibuat dengan variasi ketebalan dinding sel yang diperoleh dari variasi penerapan lapisan fiberglass, yaitu 1 lapis, 2 lapis dan 4 lapis fiberglass. Ketebalan dinding sel honeycomb dibuat bervariasi  untuk  melihat  perbedaan  kekuatan  lentur  dan  kekakuan  dari  setiap  panel  honeycomb  sandwich. Pengujian  lentur  yang  dilakukan  menunjukkan  bahwa  dinding  sel  honeycomb  dengan  4  lapis  fiberglass memberikan kekuatan lentur tertinggi yaitu 2,158 kg/mm 2 . Kekakuan terbesar juga dicapai pada panel dengan dinding sel honeycomb dengan 4 lapis fiberglass, yaitu 7,41 kg/mm.
Kata kunci : honeycomb sandwich, komposit fiberglass, kekuatan lentur, kekakuan.

## Abstract
Material with honeycomb sandwich structure is widely used due to its relatively high structural strength and light  weight.  This  material  for  use  in  energy-efficient  vehicle,  in  order  to  increase  power  to  weight  ratio.  This research is continuation of previous research with the core discussion on the honeycomb sandwich panel flexural strength and stiffness. Honeycomb sandwich panels that were made from fiberglass composite will be applied for monocoque chassis. Some honeycomb sandwich panels are made with variations in cell wall thickness as an effect of a number of fiberglass layers that is used, which are 1 layer, 2 layers and 4 layers of fiberglass. The thickness of  the  honeycomb  cell  wall  is  varied  to  see  the  difference  in  flexural  strength  and  stiffness  of  each  panel.  The bending tests that have been carried out showed that honeycomb cell walls with 4 layers of fiberglass provide the highest  flexural  strength,  which  is  2.158  kg  /  mm 2 .  The  highest  stiffness  was  also  achieved  in  panels  with honeycomb cell walls with 4 layers of fiberglass, which is 7.41 kg / mm.
Keywords: honeycomb sandwich, fiberglass composite, flexural strength, stiffness.

## 1. Pendahuluan
Kendaraan  dengan  penggerak  motor  listrik  adalah salah satu solusi untuk mengatasi masalah pencemaran lingkungan akibat emisi karbondioksida dan sulfur-dioksida yang ditimbulkan oleh kendaraan dengan  penggerak  motor  bakar.  Kendaraan  listrik juga  mampu  mengurangi  penggunaan  bahan  bakar minyak  dan  pada  gilirannya  akan  mengurangi ketergantungan terhadap impor bahan bakar minyak. Menipisnya cadangan minyak bumi akibat penggunaan  kendaraan  bermotor  mempercepat terjadinya  krisis  energi  serta  melambungnya  harga minyak bumi.  Pemanfaatan kendaraan  berpenggerak motor  listrik  akan  menjadi  alternatif  solusi pengurangan  penggunaan  bahan  bakar  fosil  dan memperlambat terjadinya krisis energi [1].
Pengembangan  mobil  listrik  masih  memiliki  banyak tantangan, mulai dari harga yang lebih mahal daripada mobil  dengan  penggerak  motor  bakar,  teknologi
baterai ion  lithium yang  mahal  sampai  kepada masalah  efisiensi  energi.  Pemanfaatan  energi  secara maksimal  salah  satunya  dapat  dicapai  dengan membuat  bobot  kendaraan  yang  ringan  untuk mendapatkan power  to  weight  ratio yang  maksimal. Power  to  weight  ratio yang  besar  dapat  diperoleh melalui  penggunaan chassis yang  ringan  dengan memanfaatkan  teknologi  bahan  dengan  struktur honeycomb sandwich . Kajian ini membahas mengenai  pengembangan  material  dengan  struktur honeycomb  sandwich yang  akan  digunakan  dalam pembuatan chassis mobil  hemat  energi  jenis monocoque .  Dalam  kajian  ini,  dibuat  panel honeycomb sandwich dengan ukuran cell-pitch yang sama dengan panel honeycomb sandwich pada kajian sebelumnya,  tetapi  dengan  ukuran cell-height yang lebih  kecil.  Panel honeycomb  sandwich juga  dibuat dengan  variasi  ketebalan  dinding  sel honeycomb . Material yang digunakan adalah komposit fiberglass . Kajian  ini  bertujuan  untuk  mendapatkan  angka
kekuatan  lentur  ( flexural  strength )  dan  kekakuan ( stiffness )  dari  setiap  panel  dengan variasi  ketebalan sel honeycomb serta  menambah  data  dari  kajian sebelumnya.

## 2. Metode
Honeycomb  sandwich adalah  pengembangan  teknik struktur untuk material komposit. Pengurangan berat menjadi  pertimbangan  utama  dalam  pengembangan struktur honeycomb  sandwich .  Metode  peningkatan kekuatan  melalui  pemanfaatan  struktur honeycomb sandwich ini  menjadi  pilihan  yang  lebih  baik dibanding  dengan  penambahan  ketebalan  material. Struktur honeycomb sandwich memberikan  efisiensi struktural  yang  sangat  baik,  yaitu,  dengan  rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi [2].
Honeycomb sandwich banyak  digunakan  dalam rancangan  dan  konstruksi  sistem  transportasi  ringan untuk mendapatkan power to weight ratio yang besar. Honeycomb  sandwich dengan  aluminium  mulai dikembangkan pada tahun 1962 dan diterapkan pada chassis mobil  balap  formula  jenis monocoque . Banyak  tim  balap  formula  yang  ikut  menggunakan chassis monocoque ini.  Penggunaan  komposit  serat karbon sebagai bahan honeycomb sandwich juga ikut membantu perkembanan chassis monocoque [3].

## Rancangan Panel Honeycomb Sandwich
Honeycomb sandwich dibentuk dari dua lapisan kulit ( skin ) yang di antaranya terdapat material inti ( core ). Sel-sel  inti honeycomb dibentuk  dari  lembaran- lembaran yang sangat tipis dengan posisi tegak lurus terhadap  lapisan  kulit.  Inti honeycomb sandwich ini berbentuk  seperti  sarang  lebah  ( honeycomb ),  yaitu berbentuk sel-sel segi enam, Walaupun telah banyak dikembangkan  berbagai  bentuk  sel  inti honeycomb , namun  bentuk  sel  segi  enam  adalah  bentuk  inti honeycomb yang paling populer [2].
Spesifikasi struktur honeycomb yang dibuat dan diuji dalam kajian ini memiliki ukuran rinci: cell-pitch 40 mm, cell-size 36,64  mm  dan cell-height 15  mm. Definisi cell-pitch , cell-size dan cell-height dari honeycomb terlihat pada pada Gambar 1.
Gambar 1. Cell-pitch, cell-size dan cell height core honeycomb.
Panel honeycomb sandwich yang  dibuat  memiliki panjang 500 mm dan lebar antara 180 mm sampai 200 mm.  Tebal panel adalah 19 mm, termasuk skin atas
dan  bawah,  merujuk  pada  nomenklatur  panel honeycomb sandwich yang terlihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Nomenklatur panel honeycomb sandwich.
Panel honeycomb sandwich dibuat  dengan  beberapa variasi  ketebalan  dinding  sel honeycomb .  Variasi ketebalan  dinding  sel honeycomb diperoleh  dari variasi jumlah lapisan serat fiberglass yang digunakan pada dinding sel honeycomb , yaitu 1 lapis, 2 lapis dan 4 lapis fiberglass .

## Pembuatan Spesimen Panel Struktur Honeycomb
Panel honeycomb sandwich tersusun  dari  lembaran bergelombang ( corrugated sheet ). Susunan lembaran- lembaran bergelombang akan membentuk susunan sel segi  enam  yang  merupakan  inti  ( core )  dari  panel honeycomb sandwich .
Susunan lembaran bergelombang terlihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Susunan lembaran bergelombang disusun membentuk inti (core) honeycomb [4].
Susunan lembaran bergelombang yang telah membentuk inti panel honeycomb sandwich kemudian  ditutup  di  bagian  atas  dan  bawah  dengan kulit  ( skin ). Skin dibuat  dari  2  lapis fiberglass dan resin.  Bentuk  akhir  panel honeycomb sandwich terlihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Panel honeycomb sandwich yang telah selesai dibuat.

## Tebal Dinding Sel Honeycomb
Panel honeycomb dibuat dengan tiga variasi ketebalan dinding  sel honeycomb sebagai  efek  dari  jumlah lapisan fiberglass .  Perbedaam  ketebalan  dinding  sel honeycomb yang  diperoleh  dari  hasil  pembuatan terlihat pada Gambar 5 (a), 5 (b), dan 5 (c).
(a) 1 lapis fiberglass
(b) 2 lapis fiberglass
(c) 4 lapis fiberglass
Gambar 5. Ketebalan dinding sel honeycomb.
Perbedaan  tebal  dinding  sel honeycomb berdampak kepada  perbedaan  lebar  setiap  panel honeycomb sandwich .  Adapun  panjang  dan  tebal  panel  tetap sama.  Perbedaan  lebar  panel honeycomb sandwich terlihat pada Gambar 6 (a), 6 (b), dan 6 (c).
(a) 1 lapis fiberglass
(b) 2 lapis fiberglass (c) 4 lapis fiberglass
Gambar 6. Variasi lebar panel honeycomb.

## Standar Pengujian Panel Honeycomb Sandwich
Karakteristik  mekanik  dari  panel honeycomb sandwich ,  yaitu  kekuatan  lentur  dan  kekakuan diperoleh  melalui  pengujian  lentur  ( bending ). Honeycomb sandwich berbahan  komposit fiberglass ini diuji dengan menggunakan standar ASTM C393- 00  Standard  Test  Method  for  Flexural  Properties  of Sandwich Constructions.
Gambar 7. Pengujian dengan pembebanan satu titik [6].
Instalasi uji lentur dirancang dengan mengacu kepada standar pengujian stuktur sandwich ASTM C393-00, yaitu  dengan  pembebanan di satu  titik,  sebagaimana yang  terlihat  pada  Gambar  7.  Jarak  antara  tumpuan ( L 1 ) adalah 420 mm dengan pembebanan tepat berada di tengah jarak tumpuan.

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Karakteristik Fisik
Melalui  pengukuran  dimensi  dan  penimbangan, didapatkan  beberapa  karakteristik  fisik  panel honeycomb sandwich berupa massa jenis, serta fraksi berat  serat fiberglass dan  fraksi  berat  resin.  Massa jenis panel honeycomb sandwich diperoleh berdasarkan  berat  dan  volum  panel honeycomb sandwich yang  telah  jadi.  Masssa  jenis  panel honeycomb sandwich terlihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Perhitungan massa jenis panel honeycomb.
No Variasi Lapisan Berat total panel (gram) Ukuran panel (P x L x T) (mm) Volum panel (m 3 ) Massa jenis panel (kg/m 3 ) 1 1 lapis 308 P: 500 0.00172 179.12 L: 181 T: 19
2 2 lapis 416 P: 500 0.00179 232.92 L: 188 T: 19
3 4 lapis 526 P: 500 0.00183 286.88 L: 193 T: 19
Tebal  dinding  sel honeycomb berpengaruh  langsung kepada  berat    dan  volum  panel honeycomb . Pertambahan  berat  sebagai  akibat  dari  pertambahan ketebalan  dinding honeycomb terjadi  lebih  cepat dibanding  dengan  pertambahan  volum.  Hal  ini membuat  massa  jenis  panel honeycomb bertambah sejalan  dengan  pertambahan  ketebalan  dinding  sel honeycomb , hal ini terlihat pada Tabel 2.
L 1 /2 L 1 /2 P 1 L 1
Tabel 2. Pertambahan berat, volume dan massa jenis panel honeycomb sandwich.
Variasi lapisan dinding sel honey- comb Berat panel haoney- comb (kg) Volum panel honey- comb (m 3 ) Massa jenis honey- comb (kg/m 3 ) Perta mbaha n berat Perta mbaha n volum Perta mmah an massa jenis 1 lapis 308  0.00172  179.12  100%  100%  100% 2 lapis 416  0.00179  232.92  135%  104%  130%
4 lapis 526  0.00183  286.88  171%  107%  160%
Jika  dibandingkan  dengan  data  sebelunmya,  yaitu kajian honeycomb sandwich dengan  dimensi cell - pitch yang sama, tapi dimensi cell - height yang lebih besar,  panel honeycomb sandwich pada  kajian  ini masih  menunjukkan  pola  yang  sama.  Semakin  tebal dinding honeycomb , maka massa jenis akan semakin meningkat[ 4], hal ini terlihat pada Tabel 3.
Tabel  3. Karakteristik  fisik  panel  honeycomb  sandwich dengan dimensi cell-pitch 40 mm dan cell-height 30 mm [4].
N o Vari asi Lapi san Perbandingan Serat dan Resin Berat panel (gram) Massa jenis (kg/m 3 ) Serat Resin 1 2 60% 40% 630 205.8 2 4 73% 27% 815 252.3 3 6 80% 20% 1080 317.6
Pada ketebalan dinding sel yang sama, tinggi sel yang lebih besar akan membentuk ruang kosong yang lebih besar  dalam  volum  total  panel.  Oleh  sebab  itu, honeycomb dengan  tinggi  sel  yang  lebih  besar  akan memiliki massa jenis yang lebih kecil. Perbandingan massa jenis antara panel dengan tinggi sel 15 mm dan panel dengan tinggi sel 30 mm bisa dilihat  pada Tabel 1  dan  Tabel  3  pada  jumlah  lapisan fiberglass yang sama.

## Perbandingan Berat Serat dan Resin
Penimbangan  berat  serat  dan  berat  panel  yang  telah jadi  digunakan  untuk  mendapatkan  perbandingan berat  serat fiberglass terhadap  berat  resin.  Berat fiberglass ,  berat  resin,  berat  total,  serta  persentase berat fiberglass dan berat resin terlihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Perbandingan berat serat dan resin.
Variasi Lapisan Berat Total Serat Berat Resin Berat Total Panel Perbandingan Serat dan Resin (gr) (gr) (gr) Serat  Resin 1 lapis 190 118 308 62% 38% 2 lapis 260 156 416 63% 37% 4 lapis 400 126 526 76% 24%
Tabel 4 menunjukkan bahwa persentase penggunaan resin  sebagai  matriks  komposit  semakin  menurun sejalan dengan peningkatan jumlah lapisan serat. Hal ini  menunjukkan  adanya  pemanfaatan  resin  yang lebih  efisien  pada  jumlah  lapisan  serat  yang  lebih banyak. Pola yang sama juga ditunjukkan pada kajian sebelumnya, yaitu semakin banyak lapisan fiberglass yang  dipakai  maka  resin  yang  diperlukan  semakin sedikit [4], hal ini terlihat pada tabel 3.

## Karakteristik Mekanik
Uji  lentur  ( bending )  memberikan  harga  beban maksimum yang dapat ditahan oleh panel honeycomb dan defleksi maksimum yang terjadi pada saat beban maksimum  terjadi.    Hasil  uji  lentur  terlihat    pada Tabel 5.
Tabel 5. Hasil pengujian panel honeycomb.
No Variasi Lapisan Beban maksimum (kg) Defleksi maksimum (δ) (mm) 1 1 lapis 56.69 11 2 2 lapis 73.39 13 3 4 lapis 133.40 18

## Kekuatan Lentur
Kekuatan  lentur  dari  masing-masing  panel  dihitung berdasarkan data yang diperoleh dari uji bending serta hasil  perhitungan  momen  inersia  penampang  panel dengan menggunakan persamaan (1) sebagai berikut [5].
𝝈 = 𝑴 ×𝑪 𝑰𝒙𝒙 (1)
Perhitungan  momen  inersia  penampang  dihitung berdasarkan  pengukuran  detail  dimensi  setiap  panel yang  telah  jadi.  Momen  inersia  penampang  dihitung di  bagian  yang  paling  lemah,  atau  di  bagian  yang memiliki  luas  paling  kecil,  yaitu  dibagian  tengah panel  pada  arah  memanjang.  Kekuatan  lentur  dari masing-masing panel terlihat pada Tabel 6.
Tabel 6. Kekuatan lentur.
Lap isan fibe rgla ss Beban maksi mum (kg) Leng an mom en (mm) C (mm) Ixx (mm 4 ) σ max (kg/mm 2 ) 1 56.69 210 9,5 54.660 1,035 2 73.39 210 9,5 58.802 1,245 4 133.40 210 9,5 61.659 2,158
Peningkatan kekuatan lentur maksimum sebagai efek dari  jumlah  lapisan fiberglass pada  dinding  sel diperlihatkan  pada  grafik  pada  Gambar  8.  Grafik tersebut  menunjukkan  peningkatan  kekuatan  lentur yang masih cenderung mengikuti fungsi linier. Hal ini sejalan  dengan  persamaan  dasar  momen  inersia penampang,  yaitu    besar  momen  inersia  penampang berbanding lurus dengan tebal atau lebar penampang.
Gambar 8. Grafik kekuatan lentur terhadap variasi lapisan fiberglass.
Jika dibandingkan dengan kajian sebelumnya  terlihat adanya  dua  nilai  kekuatan  lentur  panel honeycomb sandwich yang  hampir  berimpit,  yaitu  pada  panel honeycomb dengan ketebalan dinding sel yang dibuat dengan 2 lapis fiberglass dan 4 lapis fiberglass .  Hal tersebut terlihat pada Gambar 9.
Gambar 9. Grafik perbandingan kekuatan lentur terhadap variasi lapisan fiberglass pada panel honeycomb sandwich dengan tinggi sel 30 dan 15 mm.
Nilai  kekuatan  lentur  yang  hampir  sama  pada  panel honeycomb dengan  ketebalan  dinding  yang  sama menunjukkan  adanya  konsistensi  yang  cukup  baik dalam proses pembuatan panel honeycomb sandwich , baik pada kajian sebelumya maupun kajian ini. Hal ini didukung  dengan  angka  perbandingan  berat  serat terhadap resin pada panel-panel tersebut, seperti yang terlihat  pada Tabel 3 dan 4. Perbandingan berat serat dan  berat  resin  pada  kedua  tabel  itu  menunjukkan angka  yang  mirip  untuk  panel  dengan  ketebalan dinding sel yang sama.

## Kekakuan Panel
Kekakuan panel diperoleh dari besar gaya maksimum yang  dapat  ditahan  oleh  panel honeycomb sandwich dibagi  dengan  defleksi  yang  terjadi  pada  panel tersebut dengan persamaan (2) sebagai berikut [5].
𝑲 = 𝑷 𝜹 = 𝟔𝑬𝑰 𝒂𝟐(𝟑𝑳−𝒂) (2)
Angka  kekakuan  panel  untuk  setiap  panel  dengan variasi ketebalan dinding sel honeycomb terlihat pada Tabel  7.  Peningkatan  kekakuan  panel  sebagai  efek dari  jumlah  lapisan fiberglass diperlihatkan  pada grafik kekakuan pada Gambar 10.
Tabel 7. Kekakuan panel honeycomb.
Lapisan fiberglas s Beban maksimu m (kg)  ( mm) Kekakuan (kg/mm) 1 56.69 11 5,15 2 73.39 13 5,65 4 133.40 18 7,41
Gambar 10. Grafik kekakuan terhadap variasi lapisan fiberglass.
Gambar  10  memperlihatkan  bahwa  peningkatan kekakuan  panel  sebagai  fungsi  dari  penambahan ketebalan dinding sel honeycomb cenderung mengikuti  fungsi  linier.  Hal  ini  sesuai  dengan persamaan  dasar  momen  inersia  penampang,  yaitu besar  momen  inersia  penampang  sebanding  dengan lebar penampang.
Jika  dibandingkan  dengan  kajian  sebelumnya,  yaitu kajian  mengenai  panel honeycomb dengan  dimensi cell - pitch 40  mm  dan cell - height 30  mm,  tinggi  sel honeycomb yang  lebih  besar  memberikan  angka kekakuan yang lebih tinggi, sebagaimana terlihat pada Gambar  11.  Hal  ini  sesuai  dengan  persamaam kekakuan  struktur  pada  persamaam  (2),  di  mana angka kekakuan ( K ) suatu struktur sebanding dengan angka momen inersia  penampang ( Ixx ).
Gambar 11. Grafik perbandingan kekakuan terhadap variasi lapisan fiberglass pada panel honeycomb sandwich dengan tinggi sel 30 dan 15 mm.

## 4. Kesimpulan
Masa  jenis  panel  dengan  tinggi  sel  15  mm  terkecil didapat  pada  panel  dengan  ketebalan  dinding  sel terkecil,  yaitu  179,12  kg/mm 3 .  Untuk  ketebalan dinding  sel  yang  sama,  tinggi  sel honeycomb lebih besar akan menghasilkan massa jenis panel yang lebih kecil.  Penggunaan  resin  sebagai  matriks  semakin menurun sejalan dengan penambahan jumlah lapisan serat  yang  dipakai.  Hal  ini  menunjukkan  adanya pemanfaatan  resin  yang  lebih  efisien  pada  jumlah lapisan serat yang lebih banyak. Efisiensi resin terbaik didapatkan pada panel honeycomb dengan penggunaan lapisan fiberglass sebanyak 4 lapis, yaitu 76%  serat  dan  24%  resin.  Peningkatan  lapisan  pada dinding sel honeycomb akan meningkatkan kekuatan lentur  dan  kekakuan  panel honeycomb sandwich . Kekuatan  lentur  terbesar  dicapai  pada  panel  dengan dinding  sel honeycomb dengan  4  lapis fiberglass , yaitu 2,158 kg/mm 2 . Kekakuan terbesar juga dicapai pada panel honeycomb sandwich dengan dinding sel yang  dibuat  dengan  4  lapis fiberglass ,  yaitu  7,41 kg/mm.

## Daftar Pustaka
[1] Sigit  J.  Purnomo,  Pratama,  Bangkit  H.,  Hakim, Lukman N., Nurofik, Pambudi, Setya, 2017, Uji Eksperimental  Kinerja  Mobil  Listrik,  Prosiding SNATIF  Ke-4  Tahun  2017,  Fakultas  Teknik
Universitas Muria Kudus, ISBN: 978-602-1180- 50-1,  pp.679-686.
[2] K. Kantha Rao, K. Jayathirtha Rao, A.G.Sarwade, M.Sarath Chandra, 2012, Strength
Analysis  on  Honeycomb  Sandwich  Panels  of different  Materials,  International  Journal  of Engineering Research and Applications (IJERA) ISSN: 2248-9622 www.ijera.com Vol. 2, Issue 3, May-Jun 2012, pp. 365-374.
[3] Piyush  Ram  Shahade,  Akshay  Kumar  Kaware, 2014,  Structural  Performance  Analysis  of Formula SAE Car,  International Journal of Pure and  Applied  Research  in  Engineering  and Technology,  IJPRET,  2014;  Volume  2  (9): pp.307-320.
[4] Marsono,  Ali,  Nico  Luwis,  Karekteristik Mekanik Panel Honeycomb sandwich Berbahan Komposit  Fiberglass  dengan  Dimenasi  Cell- Pitch  40mm  dan  Cell-Height  30mm,  Jurnal Rekayasa  Hijau  ISSN  2550-1070;  No.2  Vol.3 Juli 2019 pp.107-116.
[5] Robert  L.  Mott,  (2002)    “Applied  Strength  of Materials”  4 th Edition,  Prentice-Hall,  New jersey.
[6] Anonym,  (2000)  ASTM  C393-00  -  Standard Test Method for Flexural Properties of Sandwich Constructions.