5 SIMULASI DINAMIK STIK GOLF REDESAIN MENGGUNAKAN SOFTWARE ANSYS 14.0 SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ZULFRIEND IRWANTO MANRU 070401033 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2013
6 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmat dan karunianya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini yang merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik pada Fakultas Teknik Departemen Teknik Mesin di.. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih yang sebesarbesarnya kepada: 1. Kedua orang tua saya tercinta, abang, kakak dan adik-adik saya yang tersayang, yang telah banyak berperan memberikan bantuan moril maupun materil selama perkuliahan sampai penyusunan tugas akhir ini. 2. Bapak Prof.Dr.Ir Bustami Syam, MSME selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan arahan dan bimbingan hingga selesainya tugas akhir ini. 3. Departemen Teknik Mesin FT USU serta seluruh staf pengajar, tempat saya menimba ilmu. 4. Bapak/ibu mahasiswa s2 MTM FT USU yang sudah banyak membantu dalam penyelesain tugas akhir ini. 5. Rekan-rekan mahasiswa DTM FT USU khususnya, Ahmad Faiz Hasibuan, Christofel Tobing, Andika Tampubolon, dan seluruh stambuk 2007, serta adik-adik stambuk yang selalu memberikan dukungan kepada penulis. Penulis menyadari bahwa masih banyak terdapat kekurangan dalam tugas akhir ini. Penulis menerima kritik dan saran untuk kesempurnaan ke depannya. Akhir kata penulis mengucapkan terimakasih semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi kita semua. Medan, Februari 2013 Zulfriend Irwanto M
7 ABSTRAK Stik golf standar (Wilson) selalu mengalami kerusakan pada batang stik. Setelah disimulasikan menggunakan ansys 14.0, ternyata terjadi tegangan yang besar pada batang stik. Untuk mengurangi tegangan besar pada batang stik, peneliti meredesain bentuk permukaan kepala stik menjadi rata menggunakan autodesk inventor. Penelitian ini bertujuan mensimulasikan stik golf redesain dengan menggunakan software ansys 14.0. Simulai dinamik dilakukan untuk mengetahui distribusi tegangan (respon) pada stik golf setelah terjadi pengimpakan dan membandingkan nilai tegangan stik golf wilson dengan stik golf redesain berdasarkan hasil simulasi. Metode yang dilakukan adalah setelah dilakukan simulasi dengan ansys 14.0, dilakukan pengambilan beberapa sampel elemen pada stik golf, kemudian dibandingkan dengan stik golf wilson pada daerah sampel elemen yang sama. Dari hasil simulasi diperoleh bahwa tegangan terbesar terjadi pada bagian permukaan pemukul. sebesar 1.5579 GPa. Pada elemen yang sama nilai tegangan stik golf standar wilson, sebesar 1,5866 GPa, lebih besar daripada nilai tegangan stik golf redesain. Kata kunci: stik golf redesain,simulasi dinamik, tegangan, dan ansys 14,0. ABSTRACT Standard golf clubs (Wilson) always suffered damage to the stem sticks. After simulated using ansys 14.0, there was a large voltage on the rod sticks. To reduce stress on the shaft of the stick, researchers redesign the form of a flat surface of the club head using Autodesk inventor. This research aims to simulate a golf club redesign using ansys 14.0 software. Dynamic simulations performed to determine the stress distribution (response) at a golf club after the impact and comparing the stress values wilson golf clubs with a golf club redesign based on simulation results. The method is performed after the simulation with ansys 14.0, was taking some samples of the elements on the golf club, and then compared with a golf club wilson on the same sample area elements. The simulation result shows that the greatest stress occurs on the surface of the batter. at 1.5579 GPa. At the same element voltage standard golf clubs wilson, amounting to 1.5866 GPa, the stress is greater than the value of redesigning the golf club. Keywords: golf club redesign, dynamic simulation, stress, and ansys 14.0.
8 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR.i ABSTRAK... ii DAFTAR ISI iii DAFTAR TABEL v DAFTAR GAMBAR...vi DAFTAR NOTASI viii BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang..1 1.2 Batasan Masalah 2 1.3 Tujuan Penelitian..3 1.4 Manfaat Penelitian 3 1.5 Sistematika Penelitian.. 4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Stik Golf. 5 2.1.1 Istilah-istilah Dalam Permainan Golf... 5 2.1.2 Komponen Stik Golf. 7 2.1.3 Jenis-jenis Stik Golf. 8 2.1.3.1 Wood. 8 2.1.3.2 Iron.. 8 2.1.3.3 Putter 9 2.1.4 Mekanika Ayunan Stik Golf. 10 2.1.5. Pendulum Model Ganda... 11 2.1.6 Data primer permainan golf.. 13 2.2 Material Stik Golf.. 14 2.2.1 Grafit. 14 2.2.2 Titanium 16 2.3 Pengujian stik Golf. 17
9 2.4 Teori Uji Tekan Statik 19 2.5 Elastisitas 20 2.5.1. Tekanan 21 2.5.2. Regangan.. 22 2.5.3. Elastisitas Dan Plastisitas. 23 2.5.4. Modulus Elastik 24 2.5.4.1. Modulus Young.. 24 2.5.4.2. Modulus Geser 24 2.5.4.3. Modulus Bulk (Balok) 25 2.6 Ayunan Bandul Sederhana. 25 BAB 3 METODE PENELITIAN 3.1 Waktu Dan Tempat 29 3.2 Material Yang Digunakan. 29 3.3 Metode Penelitian.. 29 3.3.1 Pemodelan Stik Golf Redesain.. 29 3.3.2 Distribusi Tegangan.. 32 3.3.2.1 Simulasi. 32 3.3.2.2 Mendapatkan Distribusi Tegangan Pada Permukaan Stik Golf.. 41 3.3.3 Membandingkan nilai tegangan stik golf wilson dengan stik golf redesain berdasarkan hasil simulasi... 41 3.4 Diagram Alir Penelitian.. 41 BAB 4 HASIL DAN ANALISA 4.1 Pemodelan Stik Golf Redesain. 43 4.2 Distribusi Tegangan Pada Stik Golf. 44 4.2.1 Perhitungan Nilai Tegangan Pada Permukaan Kepala Stik Golf Redesain Secara Teoritis.. 44 4.2.1.1 Perhitungan Gaya Dorong Stik. 45 4.2.1.2 Perhitungan Nilai Tegangan Permukaan Pemukul Stik... 46
10 4.2.2 Hasil Simulasi.. 47 4.2.3 Distribusi Tegangan Pada Stik Golf. 50 4.2.4 Perhitungan Momen Pada Kepala Pemukul 53 4.2.5 Kesetimbangan Momentum 55 4.2.6 Momen Kopel.. 55 4.3 Perbandingan Hasil Simulasi Stik Golf Wilson dan Redesain. 57 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan 60 5.2 Saran.. 61 DAFTAR PUSTAKA. 62
11 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Karakterisktik Mekanik Grafit. 15 Tabel 2.2 Karakterisktik Mekanik Titanium... 16 Tabel 4.1 Nilai Tegangan Selama Pengimpakan. 49 Tabel 4.2 Distribusi tegangan untuk setiap elemen. 52 Tabel 4.3 Perbandingan distribusi tegangan antara redesain dan wilson...58
12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Stik Golf dan bagian-bagiannya. 7 Gambar 2.2 Stik golf wood 8 Gambar 2.3 Stik iron 3-9... 9 Gambar 2.4 Stik putter.. 9 Gambar 2.5 Mekanika ayunan.. 11 Gambar 2.6 Pemodelan Ayunan Pukulan 12 Gambar 2.7 Model ganda pendulum dari ayunan golf 13 Gambar 2.8 Perubahan benda yang disebabkan oleh tegangan tekan aksial19 Gambar.2.9 batang yang ditarik oleh gaya (F) dari dua sisi...21 Gambar.2.10 batang yang mengalami peregangan. 22 Gambar.2.11 Pergeseran bidang akibat gaya. 22 Gambar 2.12 Grafik antara tegangan dan regangan.. 23 Gambar 2.13 Gerakan bandul sederhana 25 Gambar 2.14. Prinsip ayunan bola bandul 27 Gambar 3.1 kepala stik ( a ), pegangan stik ( b ), batang stik ( c ). 30 Gambar 3.2 stik golf yang sudah di gabungkan. 31 Gambar 3.3 kepala stik dengan bentuk permukaan pemukul didesain rata 32 Gambar.3.4 Jendela utama ansys... 33 Gambar 3.5 jendela engineering data Ansys 14.0.. 34 Gambar 3.6 geometry yang di input dari inventor. 35 Gambar 3.7 Jendela ansys, memasukkan material pada setiap komponen..36 Gambar 3.8 Pemberian meshing 37 Gambar 3.9 (a) nilai kecepatan, (b) pengaturan analisa, (c) penentuan fixed support... 38 Gambar 3.10 menentukan variable yang akan disimulasikan.... 40
13 Gambar 3.11 Diagram alir penelitian. 42 Gambar 4.1 Geometry stik golf redesain setelah dieksport ke ansys 14.0 43 Gambar 4.2 Arah vektor v. 45 Gambar 4.3 (a)hasil simulasi tegangan, (b)tegangan maksimum. 47 Gambar 4.4 Grafik tegangan terhadap waktu impak.... 50 Gambar 4.5 Sampel elemen pada (a) pegangan dan tangkai, (b) permukaan pemukul dan sambungan, (c) bagian bawah kepala stik, (d) bagian atas kepala stik 51 Gambar 4.6 Grafik distribusi tegangan pada stik golf... 53 Gambar 4.7 Perbandingan hasil simulasi pada batang (a)redesain (b)wilson... 57 Gambar 4.8 Perbandingan hasil simulasi pada permukaan pemukul... 58 Gambar 4.9 Grafik perbandingan distribusi tegangan... 59
14 DAFTAR NOTASI θ sudut rilis σ tegangan pascal ρ massa jenis kg/m 2 A luas penampang m 2 a percepatan m/s 2 B modulus bulk Ek energi kinetik Joule Ep energi potensial Joule F gaya Newton g percepatan gravitasi m/s 2 L panjang m m massa kg M momen kopel Nm P momentum Kgm/s r jari-jari m S modulus geser t waktu detik Y modulus young v kecepatan m/s V volume m 3