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