UJIAN TESIS PADA BIDANG KEAHLIAN SISTEM MANUFAKTUR 2010 ANALISA KETIDAKPASTIAN ALAT UJI IMPAK HELM TIPE HORISONTAL Oleh: BERTHY PELASULA 2107 205 003 Prof. Dr-Ing. Ir. I MADE LONDEN BATAN, M-Eng.. PROGRAM MAGISTER BIDANG KEAHLIAN SISTEM MEKANIKAL JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2010
Alat uji impak helm tipe horisontal batang ulir rangka sensor dinding pelontar pipa pengarah pegas dudukan kepala uji kepala uji baut pendorong dp accelerometer karet penahan dp dudukan pipa pengarah plat penahan dp penumbuk dudukan sensor batang penahan dp
LATAR BELAKANG 1. Alat uji impak helm tipe horisontal telah dibuat. 2. Belum dilakukan analisa ketidakpastian. 3. Setiap alat uji/ukur harus diketahui nilai ketidakpastiannya.
RUMUSAN MASALAH Dari latar belakang di atas: 1. Bagaimana menentukan faktor-faktor penyebab ketidakpastian. 2. Bagaimana menentukan nilai ketidakpastian. 3. Bagaimana menghitung nilai ketidakpastian.
Batasan Masalah Rancang bangun alat uji tidak dibahas secara detail. Untuk menganalisa ketidakpastian menggunakan data eksperimen. Tidak membahas sensor.
Tujuan dan Manfaat Penelitian Tujuan: 1. Mengetahui dan menganalisa faktor-faktor yang mempengaruhi ketidakpastian. 2. Menghitung nilai ketidakpastian dari alat uji impak helm. Manfaat : Apabila nilai ketidakpastian dari alat uji impak helm diketahui maka dapat digunakan sebagai alat uji impak helm standar
TINJAUAN PUSTAKA 1. Setiap alat uji harus dilengkapi nilai ketidakpastian(guide to the expression of uncertainty in measuremant ) 2. Sudah banyak peneliti melakukan penelitian tentang ketidakpastian, antara lain: Staudt(1993:ketebalan), Suryawan (2000:Beberapa alat ukur),arif(2004:keselindrisan), Martina(2008: sabuk helm)
LANDASAN TEORI Ketidakpastian pengukuran merupakan suatu ekspresi fakta bahwa untuk measurand tertentu, hasil pengukurannya tidak berupa satu nilai melainkan nilai dengan jumlah tak terbatas yang tersebar sebagai kompensasi dari adanya kesalahan random dan sistematik (ISO Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement).
Estimasi Kesalahan Random Kesalahan Random adalah komponen yang selalu acak dari kesalahan total, sehingga bisa mempunyai nilai yang berbeda-beda pada setiap pengukuran. X S t x 1 N N i1 1 N 1 X N i1 X i ( X i S i X ) X Rata-rata Sampel. 2 1 2 Standar deviasi Distribusi t P ts Ketidakpastian X i X i Random.
Estimasi Kesalahan Sistematik Kesalahan sistematik merupakan kesalahan yang selalu konstan dari kesalahan total 1 1 1 1 2 2 2 2 J i J i k ik k i J i i i r B B B L k i ik B B B 1 ) ( ) ( k i r k i X,, dimana:
Ketidakpastian Total dari Suatu Variabel Pengukuran Untuk mendapatkan keseluruhan ketidakpastian, harus didekati dengan menggabungkan estimasi ketidakpastian random dan ketidakpastian sistematik. Ketidakpastian standar gabungan: u S i 2 C 2 B S 2 i Ketidakpastian Bentangan: U% = t%uc
Metode Penelitian MULAI Studi Literatur Analisa Komponen Alat Uji Identifikasi Variabel-Veriabel yang Mempengaruhi Ketidakpastian Penyusunan Model Persamaan Ketidakpastian Tidak Semua variable teridentifikasi? ya Persamaan Ketidakpastian Pengambilan dan Pengumpulan Data Jumlah Data Cukup? Tidak x
Metode penelitan x ya Perhitungan ketidakpastian sistematik Perhitungan ketidakpastian random Perhitungan ketidakpastian bentangan alat uji Kesimpulan SELESAI
Kesalahan-Kesalahan Pada Alat Uji 1 JENIS KESALAHAN 2 3 1. Kedudukan pegas tidak paralel 2.Perbedaan pengukuran oleh operator NAMA BAGIAN 1.Grup Pegas 4 3.Dinding Pelontar 4. Pipa pengarah dan Penumbuk 3.Backless pada poros dan bush 4.Defleksi dinding pelontar 5.PerbedaanØ pipa pengarah dan penumbuk 2.Poros,Bush dan pengunci
Cara pengambilan data defleksi pegas Pegas di ukur sebelum ditarik (A) Perbedaan defleksi : B-A = C Pegas diukur setelah ditarik(b)
Proses pengukuran defleksi pegas Baut diputar
Data Defleksi pegas Replikasi Group A Group B Displacement (mm) 25 30 35 25 30 35 1 15.72 20.52 24.82 19.82 24.18 29.14 2 16.72 20.62 24.10 19.78 23.90 29.70 3 16.12 20.34 24.82 19.88 24.06 29.44 4 16.00 20.46 25.00 20.38 24.92 28.80 5 16.06 20.50 25.12 19.08 24.78 28.80 6 16.08 20.40 25.04 19.28 24.52 29.82 7 15.96 20.44 24.95 19.62 21.18 29.75 8 15.94 20.52 25.10 19.67 23.89 29.56 9 16.02 20.38 25.12 19.62 24.14 29.86 10 15.94 20.60 24.78 19.55 24.32 29.83
Cara pengukuran oleh operator 25 mm 30 mm 35 mm OPERATOR A DAN B PEGAS OPERATOR A DAN B PEGAS OPERATOR A DAN B PEGAS A A B B A A B B A A B B SELISI PENGUKURAN OPERATOR A dan B
Proses pengukuran defleksi pegas OAB OAB Baut diputar
Data Ketelitian Pengukuran Oleh Operator Replikasi Displacement pegas (mm) 25 30 35 Pegas A B A B A B Operator A B A B A B A B A B A B 1 0.38 0.33 0.26 0.27 0.29 0.29 0.26 0.29 0.23 0.21 0.23 0.21 2 0.30 0.37 0.27 0.22 0.24 0.27 0.23 0.31 0.27 0.24 0.27 0.24 3 0.34 0.35 0.17 0.20 0.23 0.31 0.24 0.29 0.28 0.28 0.28 0.28 4 0.33 0.37 0.32 0.29 0.27 0.31 0.27 0.30 0.25 0.26 0.25 0.26 5 0.29 0.42 0.28 0.31 0.30 0.32 0.25 0.33 0.26 0.25 0.26 0.25 6 0.27 0.39 0.14 0.17 0.25 0.29 0.27 0.29 0.25 0.28 0.25 0.28 7 0.36 0.37 0.19 0.21 0.25 0.28 0.30 0.27 0.24 0.27 0.24 0.27 8 0.34 0.29 0.23 0.24 0.21 0.33 0.29 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 9 0.38 0.38 0.12 0.1 8 0.28 0.25 0.24 0.30 0.29 0.24 0.29 0.24 10 0.36 0.35 0.26 0.28 0.24 0.26 0.26 0.28 0.28 0.25 0.28 0.25
Cara pengambilan data Backless pada poros pengunci Sebelum backless(a) Backless : A B = C Sesudah backless(b)
Proses pengukuran beckless Plat pengunci O:AB Baut diputar Baut dikendorkan
Data backless pada poros pengunci dan bush Reflikasi Displacement (mm) 25 30 35 Pegas A B A B A B 1 3.03 1.84 1.2 0.81 1.06 1.01 2 3.62 1.34 1.3 0.90 1.05 1.02 3 3.86 1.90 1.6 0.84 1.03 1,01 4 3.18 1.42 1.0 0.88 1.07 0.99 5 3.58 1.60 1.5 0.86 1.04 1.02 6 3.24 1.45 1.3 0.89 1.06 1.05 7 3,37 1.76 1.6 0.89 1.03 1.03 8 3.43 1.31 1.3 0.91 1.05 1.01 9 3.72 1.68 1.1 0.87 1.07 0.98 10 3.63 1.87 1.5 0.88 1.04 1.02
Cara Pengukuran Defleksi Dinding Pelontar Keterangan 1. Jangka sorong 2. Dinding pelontar 3. Plat Perata Data : Sesudah defleksi dikurangi sebelum defleksi
Proses pengukuran dinding pelontar Ukur tebal dinding pelontar dan plat perata(1) Ukur tebal dinding pelontar dan plat perata(2) Baut diputar
Data Pengukuran Defleksi Dinding Pelontar Displacement pegas (mm) Replikasi 25 30 35 1 0.90 1.02 1.08 2 0.98 1.02 1.08 3 0.88 1.04 1.10 4 0.82 1.04 1.10 5 0.87 1.04 1.12 6 0.80 1.03 1.11 7 0.88 1.04 1.10 8 0.89 1.04 1.11 9 0.81 1.04 1.12 10 0.90 1.04 1.15
Pengaruh kesalahan pada gaya dan percepatan Perubahan jarak(δx)pada pegas terhadap gaya F = k. Δx Kedudukan pegas miring F k.x cos Gaya terhadap percepatan Persamaan Kesalahan(error) a q. E = G + F + H + X +P F m
Perhitungan Ketidakpastian Ketidakpastian Random Ketidakpastian Sistematik P 2 E P 2 E = 134,94 + 353,67 + 66,85 + 31,33 + 0 = 586,8 m/s 2 2 B E P 2 G P 2 F P 1682,7m / s 2 H 2 P 2 X P 2 p Ketidakpastian Bentangan U 95% = ( B 2 i + P 2 i) ½ = ( 1682,7 + 24,223955) = 2269,5 = 47,639270m/s 2 Ketidakpastian Alat Uji Impak Helm Sehingga bila nilai tersebut dikonversikan ke standard,american Society for Testing and Materials(ASTEM) untuk percepatan impak helm, dimana 1 G = 9,81 m/s 2, maka: 47,639270 U 4, 856195G 9,81
Penutup Kesimpulan: 1. Ketidakpastian disebabkan oleh faktor-faktor sebagai berikut: a. Perbedaan defleksi pegas pada grup pegas A, maupun grup pegas B. b. Defleksi dinding pelontar terjadi setelah dioperasikan alat uji impak helm secara berulang-ulang. c. Backless yang terjadi pada poros pengunci dan bush karena pengaruh suaian antara poros dan pengunci yang menyebabkan bush yang merupakan penahan plat pengunci tidak berada tepat pada dinding pelontar. d. Perbedaan ketelitian pengukuran oleh operator. 2. Dari hasil pengukuran dan perhitungan ketidakpastian diperoleh nilai ketidakpastian alat uji impak helm sebesar : ±4,856195G S a r a n : Untuk menjaga agar tidak terjadi defleksi pada dinding pelontar maka pengaturan displacement pegas tidak boleh lebih 35 mm
SEKIAN DAN TERIMA KASIH
Gambar alat uji impak helm
Kecep. Penumbuk Menumbuk Helm Snell : Energi saat menumbuk permukaan helm 110 J v 2 E m k 2.110 5 6,63 m/ s Diketahui: Kecepatan Penumbuk saat mengenai helm Massa peluru, m = 5 kg Energi saat menumbuk helm, E = 110 Joule Kecepatan saat menumbuk helm, v1' = 6.63 m/s
Kecepatan Awal Penumbuk v 1 = 6,63 m/s v 1 =? m 1 f s m 1 s = 0,4 m 1 2 1 2 mv1 mv ' 1 mgs 2 2 Diketahui Massa penumbuk, m = 5 kg Kecepatan akhir penumbuk, v'1 = 6.63 m/s koefisien gesek, μ = 0.2 jarak tempuh penumbuk, s = 0.4 m Kecepatan awal penumbuk, v1 = 7 m/s
Percepatan yang Diperoleh dari Pegas a v1 = 7 m/s v 2 7 2 t PENUMBUK 2s 2.35.10 3 F L E C E a =.? PENUMBUK F L E C E s = 35 mm Jarah tempuh flece, s = Kecepatan akhir flece (penumbuk), v1 = Percepatan flece (penumbuk), a = 35 mm 7 m/s 700 m/s
Kekakuan Pegas untuk percep.700 m/s^2 k =? m 1 m 2 x = 35 mm m 2 m 1 k ( m m ). a 1 2 massa penumbuk, m1 = 5 kg massa flece, m2 = 7 kg percep. flece (penumbuk), a = 700 m/s2 displacement pegas, x = 35 mm Kekakuan pegas, k = 240000 N/m x a = 700 m/s^2
Perancangan Sebuah Pegas Direncanakan: Jumlah pegas 6 buah Kekakuan 1 pegas: 240000 6 40000 N/m Pegas yang dipilih: Diameter wire, d = 7 mm Diameter besar, D = 39 mm Jumlah lilitan, n = 10 buah Modulus geser, G = 79,3 GPa Panjang pegas, Lo = 14 cm k G. d 8nD F k x 4 3 = 40122 N/m = 1404 N/m
Tegangan pada Pegas Tegangan yang bekerja pada pegas Kekakuan pegas, k = 40122 N/m Displacement pegas, x = 35.00 mm Gaya pada pegas, F = 1404 N Diameter wire, d = 7 mm Diameter pegas, D = 39 mm Jumlah lilitan, n = 10 buah Modulus geser, G = 7.93E+10 N/m^2 Radius hook, r1 = 18 mm Radius hook, r2 = 14 mm C1 = (2r1/d) = 5.1 Faktor koreksi tegangan, KA = 1.17 C2 = (2r2/d) = 4.0 Faktor koreksi tegangan, KB = 1.25 Tegangan tarik pegas, σa = 0.952 GPa Tegangan geser pegas, τb = 0.508 GPa
Analisis Kegagalan Pegas Analisis kegagalan pegas: Material: OQ & T wire (ASTM No.A229), dengan: Diameter wire, d = 7 mm Nilai A = 1855 MPa.mm^m = 1855000000 Pa.mm^m Nilai m = 0.187 Tegangan ultimate pegas, Sut = 1289171157 Pa = 1.3 GPa Besar tegangan luluh pegas, Sy = 0.967 GPa Besar tegangan geser pegas, Sys = 0.580 GPa Jika faktor keamanan, SF = 1 Tegangan tarik izin, σi = 0.967 GPa Tegangan geser izin pegas, τi = 0.580 GPa Karena: σ A < σ i dan τ B < τ i, maka pegas dalam kondisi aman.
Kecep. Penumbuk Bersama Helm Kecepatan peluru bersama helm (v) Diketahui: Massa penumbuk, m1 = 5 kg Massa helm, m2 = 0.85 kg Kecep. Penumbuk di permukaan helm, v1' = 6.63 m/s Kecep. penumbuk bersama helm, v = 5.67 m/s
Peak Acceleration a =? Headform k d, t =? Diketahui: Kecep.saat menumbuk, v'1 = 6,63 m/s Massa penumbuk, m1 = 5 kg Massa helm, m2 = 0.85 kg Kekakuan busa helm, k = 4500 N/m Kecep. Peluru bersama helm, v = 5.67 m/s Frekuensi natural, ω = 27.74 rad/s Percep. maks. pada headform, apeak = 157.24 m/s^2 = 16.0 g Durasi waktu impak, t = 6.1 ms Displacement helm dengan peluru, d = 0.61 mm v m 2 m 1 v 1 m k m 1 2 a = v.ω v t d v1' a v sin( t)
Accelerometer (ACC103) Spesifikasi accelerometer: Frequency Response: 1 Hz to 10 khz (up to ±10% rated output shift) Rated Output: 10 mv/g nominal @ 100 Hz Frequency Range: 2 Hz to 10 khz (up to ±5% rated output shift) Amplitude Range: ±500 g peak Amplitude Linearity: ±2% up to 500 g peak Bias Voltage: 10 V nominal Weight: 15 g (0.05 oz) nominal (without cable) Material: Stainless steel
Alat uji impak yang ada (standar) Standar DOT Standar Snell Standar SII
Oleh : Bambang Heru Susanto,ST,MT
7 TAHAP UJI HELM Uji impak (Impact test): mengetahui energi yang diserap helm atau energi yang diteruskan ke kepala Positional Stability (Roll-Off test): mengetahui kestabilan posisi helm di kepala saat terjadi benturan Chin Bar test: mengetahui kekuatan pelindung dagu. Dynamics Retentional test: mengetahui kekuatan helm terhadap gaya sobek/putus sabuk dagu Chin Shell Penetration test: mengetahui ketahanan helm terhadap tusukan. Faceshield Penetration test: mengetahui ketahanan penutup muka terhadap penetrasi/tusukan. Flame Resistance test: mengetahui ketahanan helm terhadap api.
Kriteria Helm Lulus Uji Impak 1. Percepatan impak < 300 G (Snell) 2. Gaya yang diteruskan oleh helm < 2000 kgf (SII) Catatan: 1G = 9,81 m/s 2