## ANALISIS KOMPUTASI TEGANGAN AKIBAT UJI JATUH BEBAS DENGAN KETINGGIAN 3 METER PADA KOMPOSIT YANG DIGUNAKAN SEBAGAI PELINDUNG DADA PENGENDARA SEPEDA MOTOR
Gunawan H. 1 , M. Sabri 2 , Ikhwansyah Isranuri 3 , Pramio G. Sembiring 4 , A. Husein Siregar 5 1,2,3,4,5 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Email: Gunawan083@yahoo.com

## ABSTRACT
The  goal  of  this  research  is  to  identify  computationally  the  stress  and  force  that  occur  in  the  motor bike body protector which created using composite material. This test is done using ANSYS software. Test is using explicit dynamic with the free-fall impact methods which make the speciment crashed to the anvil. From the test the impact force transmitted is 14.95 kN and with the stress 0.014952  Mpa. Average impact force that occur is 29.18 Mpa which is compared with the EN 1621-3 standarization limit which is 35 kN in order to determine if this body protector is consentient with the standard.

## Kata Kunci: Free-fall Impact,  Force Transmission, Composite Material

## 1. PENDAHULUAN
Pengendara  sepeda motor memiliki kemungkinan untuk terjadi kecelakaan besar,oleh karena beberapa  produsen  mengeluarkan  perlengkapan  keamanan  untuk  mengurangi  resiko  akibat kecelakaan.Salah  satu  perlengkapan  keamanan  adalah  pelindung  dada  komposit  ini  selain  dapat berfungsi  menghalangi  badan  pengendara  dari  angin  juga  dirancang  untuk  menahan  gesekan  dan tumbukan yang terjadi ketika kecelakaan.
Gambar 1.  Tabrakan dari samping sepeda motor dengan mobil [1].
Pelindung dada Ini dibuat dari bahan resin, serat kaca dan EVA foam (busa EVA). Komputasi dari  pelindung  dada  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  tegangan  yang  terjadi  akibat  tabrakan,yang diasumsi  dengan  kecelakaan  yang  terjadi.Komputasi  ini  menggunakan  data  yang  didapat  dari  data proses  pembuatan  produk.Pelindung  dada  dibuat  dengan  material  komposit  GFRP(Glass  Fibre Reinforced Polymer).Pada Tabel 1 dapat dilihat sifat dari material GFRP
Tabel 1. Sifat Material Komposit [5][6].
Nama Material Densitas (kg/m 3 ) Modulus Elastisitas (GPa) Polyester Polymer 1004 – 1400 2,07 - 4,41
Busa Eva 945 – 955 0,01 – 0,04 GFRP 1350 – 1500 6 – 12
Analisa  komputasi  ini  bertujuan  mendapatkan  tegangan  yang  terjadi  pada  pelindung  dada pada saat pengujian jatuh bebas dengan ketinggian 3m.Tegangan yang didapat dibandingkan dengan standarisasi  pelindung  dada  EN  1621-3.Standarisasi  EN  1621  adalah  standarisasi  untuk  peralatan keamanan pada pengendara sepeda motor.EN 1621-2 merupakan standarisasi merupakan standarisasi yang digunakan Velocity Gear [3]. CEN (Comite Europeen de Normalisation) adalah organisasi yang memimpin standar keamanan pakaian pelindung sepeda motor [4].
Tabel 2. Data Pengujian EN 1621-3 untuk Chest Protector LEATT [2] Gaya Impak Transmisi Syarat EN 1621 - 3 Pelindung Dada LEATT Mean kN < 20 12,1 Max kN < 35 22,7
Analisa  ini  menggunakan  perangkat  lunak  ANSYS  14.1.Perangkat  lunak  ini  memiliki  basis perhitungan  menggunakan  persamaan  Lagrangian,  yang  memilik  ketelitian  per  variable  yang  tinggi [7][8]. 
  = + + = k i i i i z y x m T 1 2 2 2 1 2 1 (   
Dimana : T= gaya potensial
i m = massa
2 1 x  =kecepatan pada koordinat x 2 i y  = kecepatan pada koordinat y
2 i z  = kecepatan pada koordinat z

## 2. METODOLOGI
Penelitian  ini  dilaksanakan  di  Pusat  Riset  Impak  dan  Keretakan  Jurusan  Teknik  Mesin Fakultas  Teknik  Universitas  Sumatera  Utara.  Penelitian  ini  dimulai  dengan  pembuatan  spesimen untuk  pengujian  impak  jatuh  bebas.  Selanjutnya  analisa  data  eksperimental  menggunakan  software DAQ For Helmet Impact Testing untuk mengolah data akusisi  yang diperoleh dari Load cell .
Komputasi  ini  menggunakan  software  ANSYS  14.1.Penjelasan  langkah  komputasi  sebagai berikut:
1. ANSYS Workbench Edisi Cetak Jurnal Dinamis, Juni 2017 (ISSN: 0216-7492)
Aktifkan menu ANSYS Workbench dengan klik icon ANSYS Workbench pada program ANSYS. Pilih Explicit Dynamic (ANSYS) dari toolbox , dan double klik Explicit Dynamic lalu double klik pada project name dan beri judul sesuai dengan apa yang akan disimulasikan.. 2. Engineering Data Engineering data dapat diedit sesuai dengan masukan data yang kita inginkan dengan double klik pada Engineering Data  atau  dengan  klik  kanan  pada  bagian engineering data  dan select  edit . Dalam  mengisi  spesifikasi engineering data  material double kilik  pada  “ click  here  to  add  a  new material ” dan tulis nama material barunya seperti ini. Pada Toolbox sebelah kiri, double klik pada Physical  Properties ,  kemudian double klik  pada density lalu  isikan  nilai density materialnya. Selanjutnya  pada toolbox sebelah  kiri, double klik  pada Linier  Elatic ,  dan double klik  pada Isotropic Elasticity dan   isikan   juga   nilai   modulus   elastisitas  dan poisson ratio. Setelah semua  data  diisi  lalu  beri  tanda  “√”  dengan  klik  pada  kolom  E  lalu save .    Setelah  itu  klik Icon “ Return to Project ” pada main menu.
3. ANSYS Design Modeler Edit “ Geometry” pada schematic project dengan double klik pada Geometry icon atau dengan klik kanan pada Geometry  icon ,  pilih Import  Geometry dan  pilih  menu Brows . Lalu pilih file name helmet dalam bentuk file standard Acis , lalu pilih Edit pada Sketching Toolboxes . Setelah itu Klik icon  Generate pada modeling Tab . 4. Membuat Anvil Rata Langkah ini dimulai dari new plane dengan tujuan untuk mengarahkan sumbu x,y,z plane ke arah sisi samping helmet, kemudian klik generate . 5. ANSYS Mechanical Masuk  ke  ANSYS mechanical dengan  cara  double  klik  pada  “model”  pada project  schemati. Untuk memilih data material, pilih selecting data dari “outline” three view , pilih created solid dan pilih material yang diinginkan dari  “ Detail of solid ”  window. Langkah selanjutnya, menentukan spesifikasi  ukuran  elemen  dengan  cara  pilih Mesh dari “outline” tree  view lalu  klik  kanan  pada Mesh dan pilih Generate Mesh .  Besar ukuran mesh akan diukur secara otomatis. Dan jika ukuran Mesh ingin dirubah pada bagian-bagian tertentu, dapat dilakukan dengan bantuan Refinement yang yang terdapat  pada Mesh Control icon pada toolbar .    Selanjutnya  adalah Generate  Mesh dengan cara klik Generate Mesh pada toolbar.
Langkah  selanjutnya  adalah  penentuan  kondisi  batas  atau    “ Boundary  Conditon ”,  klik fixed support dan klik pada bidang sisi bawah spesiman project. Langkah selanjutnya adalah pemberian gaya pada spesimen project dengan klik kanan Static  Structural pada “outline” tree  view, pilih insert  dan klik Velocity dan klik pada bidang sisi tengah helmet dan masukkan nilai velocity yang diinginkan. 6. ANSYS Solver Langkah selanjutnya adalah klik solve icon pada toolbar 7. ANSYS Post-Processor
Langkah  selanjutnya  adalah  melihat  besarnya  deformasi  yang  terjadi  pada  spesimen project dengan klik kanan  Solution “outline” tree view                                          ,Insert pilih Equivalent Stress .
Data  yang  digunakan  adalah  data  yang  didapat  dari  percobaan  yang  dilakukan.Data  yang digunakan sebagai berikut :
1. Densitas
= 1500kg/m3
2. Modulus Young = 12GPa
3. Possion Ratio = 0,34
Variabel penelitian komputasi ini adalah distribusi tegangan( 𝜎) yang terjadi pada permukaan pelindung dada  sepeda motor setelah dikenai beban impak

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembebanan pada komputasi  impak jatuh bebas ini diberikan pada depan  pelindung  dada. Ini karena bagian depan adalah bagian yang akan mendapatkan impak pada saat terjadi kecelakaan. Tujuan komputasi  ini  adalah  membandingkan  data  hasil  komputasi  dengan  data  hasil  eksperimental  dan  data
standarisasi.Jenis spesimen yang dikomputasi adalah material komposit Glass Fibre Reinforced Polymer. Data material dari hasil eksperimental dapat dilihat pada Tabel 3:
Tabel 3 Spesifikasi Glass Fibre Reinforced Polymer yang Dikomputasi
Nama Material Nama Spesimen Komposisi ( % massa) Resin  Katalis  Fibreglass Glass Fibre Reinforced Polymer ( GFRP ) Fiber 1 77,6 2 20,4 Fiber 2 77,6 2 20,4 Fiber 3 77,6 2 20,4
Maka dengan menggunakan data-data tabel 3 dilakukan komputasi.
Gambar  2:  Data  Komputasi  Impak  Maksimum  yang  terjadi  pada  spesimen  Glass  Fibre  Reinforced Polymer
Pada Gambar 2 menunjukkan tegangan maksimum yang terjadi pada spesimen glass fibre reinforced polymer pada waktu 1 ms akibat gaya impak uji jatuh bebas sebesar 595550 Pa.
terjadi pada spesimen  Glass Fibre Reinforced Polymer pada waktu 16 ms
Pada Gambar 3 menunjukkan tegangan maksimum yang terjadi pada spesimen glass fibre reinforced polymer pada waktu 16 ms akibat gaya impak uji jatuh bebas sebesar 14952 Pa.
Gambar  4.  Grafik  Stress  Terhadap  Waktu  dari  Data  Komputasi  dengan  sumbu  x  adalah  waktu  dan sumbu y adalah tegangan
Data yang didapat setelah komputasi dan eksperimental pada waktu 16 ms sebagai berikut : Tabel 4 Pembandingan Tegangan Eksperimental dengan Komputasi
Data  komputasi  yang  didapat  dibandingkan  dengan  data  eksperimental  untuk  sebagai  data validasi data yang akan digunakan menjadi basis penentuan data.Nilai yang diambil adalah nilai yang didapat pada waktu 16ms.
% 82 , 4 % 100 * 14952 14231 14952 % = − = Galat
Setelah  dilakukan  perhitungan  diperoleh  %galat  antara  data  komputasi  dengan  data eksperimental berupa 4,82%. Untuk itu data ini akan digunakan sebagai acuan atas gaya yang terjadi pada spesimen.
Dari  nilai  yang  kita  dapat  bahwa  tegangan  rata-rata  pada  spesimen  adalah  305251  Pa  yang berarti  menyimpan  gaya  sebesar  14,95  kN.  Kemudian  hasil  tersebut  dibandingkan  dengan  produk pelindung dada yang dijual di pasaran yaitu LEATT 5.50 yang terbuat dari bahan High Density Poly Ethylene dengan modulus elastisitas 0,8 Gpa dan densitas 970 kg/m 3 .
Data hasil komputasi dibandingkan data standarisasi pelindung dada dapat dilihat pada Tabel 5:

## Tabel 5 Pembandingan Transmisi Gaya
Transmisi Gaya Impak Standar EN 1621-3 LEATT 5.50 PRO LITE Spesimen Rata- Rata(kN) 20 12.1 14.95 Maksimum (kN) 35 22.7 29.18
0 200000 400000 600000 800000 1000000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516 presu ure (P a ) time (ms)
Pengujian Tegangan yang Terjadi σ (MPa) Eksperimental 14231 Komputasi 14952
Data komputasi yang digunakan adalah data komputasi pada saat tegangan maksimum,dan data komputasi menunjukkan transmisi gaya impak spesimen yang tidak melampaui data  pada standarisasi yang ada.

## 4. KESIMPULAN
a. Dari hasil pengujian jatuh bebas
pada material Polyester Polymer diketahui  bahwa material ini tidak mampu menerima gaya impak sebesar 627,45 N dan tegangan sebesar 0,012 MPa sehingga tidak cocok digunakan sebagai material pelindung dada.
b. Dari hasil pengujian jatuh bebas pada material PolyesterPolymer Sandwich EVA Foam diketahui bahwa  material  ini  masih  berbentuk  utuh  ketika  menerima  gaya  impaksebesar  742,42  N  dan tegangan  sebesar  0,015  MPa  tetapi  terjadi  keretakan  pada  spesimen  sehingga  terdapat  risiko material yang retak tersebut dapat menusuk pemakainya.
c. Dari hasil pengujian jatuh bebas pada material Glass Fibre Reinforced Polymer diketahui bahwa material  ini  masih  berbentuk  utuh  ketika  menerima  gaya  impak  sebesar  698,17  Ndan  tegangan sebesar  0,014  MPa  tetapi  untuk  menyatukan  bahan  ini  ke  busa  EVA  dapat  menyebabkan penyusutan dan pemadatan pada rompi busa EVA.
d. Dari  hasil  pengujian  jatuh  bebas  pada  materialGlass  Fibre  Reinforced  Polymer  Sandwich  EVA Foam  diketahui  bahwa material ini tidak terjadi  perubahan  bentuk ketika  menerima  gaya impak sebesar  769,79  N  dan  tegangan  sebesar  0,015  MPa.  Bagian bawah  plat  komposit ini terdiri dari busa EVA sehingga mudah disatukan dengan rompi busa EVA.
1. Perbandingan data eksperimental dengan komputasi memiliki galat sebesar 4,82%
2. Dari  hasil  uji  eksperimental  dan  komputasididesain  produk  ini  dengan  spesifikasi  Glass  Fibre Reinforced  Polymer  Sandwich  EVA  Foam  dengann  kemampuan  menahan  gaya  impak  sebesar 769,79 N. Bentuk plat komposit dibuat trapesium agar memudahkan gerakan lengan pemakainya yang  posisi  penyatuannya  terletak  di  bagian  tulang  rusuk.Pelindung  dada  juga  dapat  di  atur ukurannya karena menggunakan perekat velcro.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Chawla,A.,  Mukherjee,S.,  Mohan,  D.,Bose,  Bose,D.,Rawat,P.  2001.  FE  Simulations  of Motorcycle – Car Frontal Crashes, Validaton and Observations. Indian Institute of Technology. http://tripp.iitd.ernet.in/publications/paper/biomech/18ESV-FEsimul.pdf    diakses  tgl  03-10- 2013 jam  11:00 WIB
[2] Spesifikasi produk Chest
Protector LEATT PRO LITE. http://www.leatt- brace.com/product_uploads/ce_certificates/CHEST%20PROTECTOR%20LEATT%205.5%20 PRO%20LITE.pdf  diakses tgl 13-05-2014  jam 13:00 WIB
[3] http://www.highvelocitygear.com/ diakses tgl 13-05-2014 jam 13:10 WIB
[4] http://www.satra.co.uk/spotlight/article_view.php?id=190  diakses  tgl  14-05-2014  jam  14:30 WIB
[5] Glass Fibre Reinforced Product
for Industrial Applications. Amitech Industrial.http://www.amiantit.com/media/pdf/brochures/Glass_Fibre_Reinforced_Products/ files/Glass_Fibre_Reinforced_Products.pdf diakses tgl 14-05-2014 jam 15:15
[6] Material    Data    Book.2003.  Cambridge  University  Engineering  Departement.  http://www- mdp.eng.cam.ac.uk/web/library/enginfo/  cueddatabooks/materials.pdf  diakses  tgl  14-05-2014 jam 15:10
[7] Lagrangian  equation  .  http://scienceworld.wolfram.com/physics/Lagrangian.html  diakses tanggal 06-03-2014 jam 20:30
[8] Chapter 1: Lagragian Mechanic. www.ks.uiuc.edu/Services/Class/PHYS480/qm_PDF/chp1.pdf. diakses pada tanggal 06-03-2014 jam 21.00