Daftar Isi

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................................................2

1.1 Latar Belakang ...............................................................................................................................2

1.2 Tujuan ............................................................................................................................................2

BAB II DASAR TEORI ...........................................................................................................................3

2.1 Pengertian Komposit ......................................................................................................................3

2.2 Material Penyusun Komposit .........................................................................................................3

2.3 Uji Tarik .........................................................................................................................................4

2.4 Fenomena Necking .........................................................................................................................4

2.5 Pemberian Gaya pada Komposit ....................................................................................................4

2.5.1 Isostrain ...................................................................................................................................4

2.5.2 Isostress ...................................................................................................................................5

2.5.3 Matriks Transformasi .............................................................................................................5

2.6 Software MATLAB ........................................................................................................................6

BAB III PEMBAHASAN ........................................................................................................................7

3.1 Data Pengujian Uji Tarik................................................................................................................7

3.2 Soal dan Pembahasan MATLAB ...................................................................................................8

BAB IV PENUTUP .............................................................................................................................. 17

4.1 Kesimpulan ................................................................................................................................. 17

Daftar Pustaka ....................................................................................................................................... 17

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Komposit merupakan material yang saat ini umum digunakan dalam kehidupan

manusia. Contoh paling sederhana komposit dalam kehidupan sehari-hari yaitu batu bata

yang terdiri dari tanah liat dan jerami sebagai penguat. Komposit banyak digunakan di

pesawat terbang karena sifatnya ringan dan tidak mudah mengalami korosi. Karena

penggunaannya yang komersial baik dalam kehidupan sehari-hari ataupun dunia industri,

diperlukan suatu pengujian untuk mengetahui kualitas kualitas material. Dengan melakukan

sebuah pengujian, kita dapat mengetahui sifat mekanik dari sebuah material, melingkupi yield

strength dan ultimate strength.

Pengujian karakteristik suatu material dapat dilakukan dengan cara teoritis dan praktis.

Pengujian teoritis lebih mudah dilakukan karena menggunakan sebuah software seperti

MATLAB dengan memasukkan parameter dan rumus terkait tanpa melakukan praktek,

sedangkan pengujian praktis yaitu dengan menggunakan mesin uji tarik. Kedua metode ini

memang bertujuan untuk mengetahui karakteristik sebuah material komposit dengan

spesifikasi yang dimilikinya.

1.2 Tujuan

1. Mengetahui kekuatan tarik material komposit dengan variasi formasi

reinforcement yang berbeda menggunakan mesin uji tarik.

2. Mengetahui besar gaya, modulus elastisitas dan fraksi gaya pada komposit

menggunakan software MATLAB

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Pengertian Komposit

Komposit merupakan campuran dari

dua material atau lebih yang berbeda, yang

terdiri dari matriks dan penguat. Komposit

merupakan material baru karena memiliki

gabungan sifat mekanik dari masing-masing

material penyusunnya.

Keunggulan material komposit

diantaranya material komposit lebih baik

daripada semua material dasar dalam hal kekuatan (strength) dan kekakuan (stiffness),

ketahanan pada temperatur tinggi, fatigue strength, dan sifat-sifat lainnya. Sifat kombinasi

yang diinginkan dapat direkayasa sesuai keinginan, dengan mempertimbangkan sifat dasar

dari bahan-bahan penyusun. Material komposit memiliki sifat ortotropik, artinya kekuatannya

bergantung pada arah dan bidang. Pembuatan komposit bertujuan untuk mengkombinasikan

property (additive effect) dan menciptakan property baru (synergetic effect).

2.2 Material Penyusun Komposit

Penyusun dari komposit terdiri dari matriks dan reinforcement. Matriks dapat berupa

metalik, keramik atau polimer (plastic), sementara reinforcement dapat berupa partikel, lamel,

skeleton, dan fiber. Kekakuan dan kekuatan spesifik yang tinggi dari sebuah komposit

diperoleh dari elastisitas dan tegangan ultimate yang tinggi dari fiber, dan massa jenis yang

rendah dari matriks. Jenis fiber yang umum digunakan yaitu fiber glass, carbon fiber dan

aramid fiber.

Gambar 2.1 Komposit

Gambar 2.3 Carbon Fiber Gambar 2.4 Aramid Fiber Gambar 2.2 Fiber Glass

2.3 Uji Tarik

Material dapat mengalami perubahan bentuk bila material tersebut menerima gaya dari

luar. Ketahanan material untuk mempertahankan bentuk awalnya setelah gaya atau beban luar

dihilangkan disebut deformasi elastis. Selanjutnya material mengalami deformasi permanen

(tidak kembali ke bentuk semula) setelah beban luar dihilangkan, yang disebut deformasi

plastis. Uji tarik merupakan metode yang memberikan beban luar secara dua arah pada

spesimen untuk mengetahui beban maksimal, modulus young dan tensile strength pada

specimen dengan spesifikasi sudut fiber tertentu.

2.4 Fenomena Necking

Necking specimen merupakan proses pengecilan penampang. Secara teoritis necking

akan terjadi pada saat faktor pengeras regangan sama dengan regangan uniformnya. Adapun

bentuk necking pada specimen yang bersifat ulet dapat dilihat pada gambar.

2.5 Pemberian Gaya pada Komposit

Pemberian gaya pada komposit terbagi menjadi dua bagian. Isostrain berarti gaya yang

diberikan searah fiber, sementara isostress berarti gaya yang diberikan tegak lurus fiber.

2.5.1 Isostrain

Pada kondisi isostrain modulus bergerak

secara longitudinal, dan berlaku rumus sebagai

berikut :

Gambar 2.5 Fenomena Necking

Gambar 2.6 Isostrain

2.5.2 Isostress

Pada kondisi isostress modulus bergerak

secara transversal, dan berlaku rumus sebagai

berikut :

2.5.3 Matriks Transformasi

1. Ortotropik

[

]

[

]

{

}

Gambar 2.8 Matriks Transformasi

Gambar 2.7 Isostress

2. Isotropik

[

]

[

]

{

}

3. Matriks Transformasi Bersudut

[

] [

] {

}

Untuk mencari regangan gunakan rumus pada ortotropik.

2.6 Software MATLAB

MATLAB adalah bahasa pemrograman untuk rekayasa komputasi/perhitungan yang

dikembangkan oleh Mathworks Inc. Matlab merupakan singkatan dari Matrix Laboratory.

Matrix yang dimaksud disini yaitu matriks dalam ilmu matematika. MATLAB memiliki

ratusan fungsi yang dapat digunakan sebagai jalan keluar baik permasalahan yang mudah

maupun kompleks dari berbagai disiplin ilmu. Karena perhitungan rumus dalam komposit

menggunakan matriks, perhitungan teoritis dari berbagai masalah yang berkaitan dengan

komposit dapat dipecahkan menggunakan software ini dengan menggunakan fitur yang

tersedia.

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Data Pengujian Uji Tarik

1. Perbandingan komposit antara formasi reinforcement 90° dan 45°

Keterangan

Formasi 90°

Formasi 45°

3.2 Soal dan Pembahasan MATLAB

1. Diketahui :

Ef = 10.5 x 106

psi

Em = 4.5 x 105 psi

f = 350000 psi

m = 9000 psi

Fraksi = 0.01-1

Ditanya :

Kurva Modulus Elastisitas dalam kondisi Isostress dan Isostrain terhadap fraksi

volume

No. Material No.

Force @

Peak

(N)

Young's

modulus

(Pa)

Tensile

Strength

(Pa)

Strength

@ break

(Pa)

Elongation

percentage

@ break

(%)

Elongation

percentage

@ peak

(%)

1 1 571.890 2313854

74.701

1235291

3.543

9450953.

467 15.066 13.006

2 1 1160.592 7060564

60.451

2506893

7.494

2489771

9.350 3.860 3.824

3 1 1276.747 7015571

10.591

2757791

9.838

2604379

8.489 4.296 4.246

4 1 458.355 2179717

72.118

9900530.

838

9042385.

416 13.413 11.617

Max 1.000 1276.747 7060564

60.451

2757791

9.838

2604379

8.489 15.066 13.006

Min 1.000 458.355 2179717

72.118

9900530.

838

9042385.

416 3.860 3.824

Mean 1.000 866.896 4642427

04.465

1872507

5.428

1735871

4.181 9.159 8.173

[Program Variasi Fraksi Volume]

Jawab :

Isostrain

Isostress

Gambar 3.1 Program Variasi Fraksi Volume

2. Diketahui :

Kondisi = isostress

E1=70 GPa

G12=5 GPa

1 = 100 MPa

2 = -50 MPa

= 50 MPa

Poisson Number=0.2-0.4

Ditanya :

Regangan sepanjang arah fiber

Jawab

Ortotropik [

]

[

]

{

}

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

1

2

3

4

5

6

7

8x 10

4

Fraksi Volume Fiber

Modulu

s E

lastis

itas C

om

posit [M

Pa]

Kurva Komparasi Modulus Elastisitas Komposit

Isostrain

Isostress

[Program Regangan karena Kombinasi Gaya]

Gambar 3.2 Program Regangan karena Kombinasi Gaya

3. Diketahui

Kondisi = isostress

E1=70 GPa

12=0.25

G12=5 GPa

1 = 100 MPa

2 = -50 MPa

= 50 MPa

Sudut=0o-180

o

Ditanya :

Kurva Regangan Pemasangan Fiber

Jawab :

Rumus [

] [

] {

} untuk mencari tegangan

kemudian rumus ortotropik [

]

[

]

{

} untuk mencari regangan

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2x 10

-5 Kurva Regangan Pemasangan Fiber

Sudut Pemasangan (derajat)

Besar R

egangan

Regangan 1

Regangan 2

Regangan Geser

Gambar 3.3 Progam Regangan Fungsi Sudut

`

4. A filament-wound cylindrical pressure vessel of mean diameter d= 1 m and wall

thickness t=20 mm is subjected to an internal pressure, p. The filament winding angle

53.1o from the longitudinal axis of the pressure vessel, and the glass/epoxymaterial has

the following properties : E1= 40 GPa = 40 (103 MPa, E2 = 10 GPa, G12 =3.5 GPa,

and v12 = 0.25. By the use of a strain gage, the normal strain along the fiber direction

is determindet to be e1 = 0.001. Determine the internal pressure in vessel.

Diketahui :

d = 1 m

t = 20 mm

Ө =53.1o

Poisson Number= 0.25

G 12 =3.5 GPa

E1=40 GPa

E2=10e3 GPa

Regangan yang diminta=0.001

Ditanya : Tekanan dalam bejana

Jawab :

Tekanan pada bejana

Gunakan rumus matriks transformasi untuk menentukan Tegangan Fiber, kemudian rumus

ortotropik untuk penentuan regangan fiber.

Tekanan dalam bejana

Gambar 3.4 Program Menghitung Tekanan Bejana

Dari perhitungan MATLAB didapatkan tekanan dalam bejana sebesar 2.4627 MPa,

berapapun input tekanan yang diasumsikan.

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Material komposit merupakan material yang sifatnya bergantung pada arah dan sifat

material penyusunnya sehingga sifatnya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan manusia. Dari

pengujian uji tarik, dapat disimpulkan bahwa , formasi 90° lebih kuat terhadap gaya luar

dibandingkan formasi 45° namun getas saat mengalami perpanjangan, sebaliknya, formasi 90°

kurang kuat menerima gaya yang besar namun bersifat ulet saat mengalami perpanjangan.

Dari perhitungan MATLAB dapat ditentukan sudut pemasangan arah fiber yang direkomendasikan

dan sesuai dengan kebutuhan dari plot kurva hasil perhitungan seperti pada contoh soal nomor 3.

Software MATLAB dapat membantu dalam proses pembuatan komposit sehingga sifat mekanik yang

didapat sesuai dengan kebutuhan.

Daftar Pustaka

Bintoro, Carolus.2010. Teknologi Material Komposit.Politeknik Negeri Bandung:Bandung.

Guide to Composite (from www.gurit.com)

https://en.wikipedia.org/wiki/MATLAB