Bab V : Analisis 32 BAB V ANALISIS 5.1 Distribusi Tegangan Dari bab sebelumnya terlihat bahwa semua hasil perhitungan teoritik cocok dengan perhitungan dengan metode elemen hingga. Hal ini ditunjukkan dengan semua grafik yang menyatakan distribusi tegangan dalam arah ketebalan dimana grafik hasil perhitungan teoritik dan perhitungan dengan metode elemen hingga hampir berimpit. Tegangan maksimum yang terjadi pada material S2 secara umum lebih kecil daripada tegangan maksimum pada T300/5208 meskipun modulus elastisitas pada arah serat untuk S2 jauh lebih kecil dan pada arah tegak lurus serat tidak jauh berbeda (S2 sedikit lebih besar). Hal ini terjadi karena perbandingan modulus elastisitas dalam arah serat terhadap arah tegak lurus serat (E1/E2) T300/5208 jauh lebih besar dibandingkan pada S2. Setelah diuji dalam perhitungan teoritik, diperoleh hubungan antara E1/E2 dengan besar tegangan yang terjadi dimana secara umum dapat dikatakan bahwa E1/E2 berbanding lurus dengan besar tegangan yang terjadi. Distribusi tegangan pada material orthotropik dan quasi-isotropik untuk kasus pembebanan tekanan internal dan gaya aksial jelas berbeda. Untuk kasus pembebanan tekanan internal pada material orthotropik tegangan terjadi pada semua arah (radial, aksial, dan tangensial), sedangkan pada material quasi-isotropik tidak terjadi tegangan dalam arah aksial, seperti terlihat pada grafik berikut ini : Grafik 5.1 Grafik 5.2
Bab V : Analisis 33 Grafik 5.3 Untuk pembebanan gaya aksial pada material orthotropik terjadi tegangan pada tiap arah, sedangkan pada material quasi-isotropik tegangan hanya terjadi pada arah aksial saja. Perbedaan ini disebabkan oleh modulus elastisitas dan poison ratio yang terdapat pada material orthotropik yang tidak sama di setiap arah, sedangkan untuk kasus pembebanan torsi, distribusi tegangannya tidak dipengaruhi oleh properti material. Berikut grafik perbandingannya : Grafik 5.4 Grafik 5.5 Grafik 5.6 Grafik 5.7
Bab V : Analisis 34 5.2 Analisis Regangan Pada dasarnya analisis suatu struktur berguna untuk mengetahui karakteristik kegagalan dari struktur tersebut. Kegagalan itu sendiri ditentukan oleh beberapa kriteria, yakni kriteria tegangan maksimum, kriteria regangan maksimum dan kriteria Tsai-Hill. Oleh karena itu, besarnya regangan pun perlu diperhitungkan dalam merancang suatu struktur. Berikut ini perbandingan strain maksimum pada tiap kasus pembebanan : Regangan Maksimum pada Pembebanan Tekanan Internal 1.43E 11 2.30E 12 2.60E 11 x 1.60E 11 1.90E 11 7.00E 11 8.60E 11 1.70E 11 5.10E 11 1.20E 10 5.90E 11 1.30E 10 r 4.83E 11 7.80E 11 1.12E 10 1.37E 10 2.04E 10 2.78E 10 θ xθ Tabel 5.1 Regangan Maksimum pada Pembebanan Gaya Aksial 6.63E 13 1.01E 13 1.39E 13 x 6.29E 13 2.61E 13 3.43E 13 4.05E 13 3.67E 15 4.13E 14 r 2.59E 13 2.95E 14 1.11E 13 4.48E 14 3.67E 15 4.13E 14 θ 6.25E 14 2.95E 14 1.11E 13 xθ Tabel 5.2
Bab V : Analisis 35 Regangan Maksimum pada Pembebanan Torsi 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 x 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 r θ 1.92E 10 1.92E 10 5.39E 11 xθ 3.14E 10 3.14E 10 1.36E 10 Tabel 5.3 Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa masing-masing material dan susunan serat memiliki karakteristik yang berbeda. Regangan maksimum yang terjadi pun terdapat pada jenis regangan yang berbeda pada masing-masing material. Pada material T300 orthotropik regangan maksimum terjadi pada regangan radial, tidak seperti pada material dan atau susunan serat yang lain dimana regangan maksimumnya terjadi pada regangan tangensial. Seperti pada distribusi tegangan, hal ini disebabkan oleh E1/E2 dimana besarnya E1/E2 berpengaruh cukup besar pada regangan yang terjadi tetapi tidak begitu berpengaruh pada regangan tangensial untuk kasus pembebanan tekanan internal. Selain E1/E2, faktor poison ratio terutama v23 juga cukup mempengaruhi besarnya tegangan dan regangan. Untuk kasus pembebanan tekanan internal, poison ratio mempengaruhi distribusi tegangan dan regangan dalam arah aksial (material orthotropik), sedangkan untuk kasus pembebanan gaya aksial, poison ratio mempengaruhi distribusi tegangan dan regangan pada tiap arah (material orthotropik). 5.3 Analisis Ketebalan Tabung Salah satu parameter yang mempengaruhi distribusi tegangan adalah geometri, dalam hal ini ketebalan tabung menjadi faktor penting. Berikut ini grafik yang menyatakan pengaruh distribusi tegangan T300/5208 quasi-isotropik (0_+-45_90) pada kasus pembebanan tekanan internal :
Bab V : Analisis 36 Grafik 5.8 Grafik 5.9 Dari grafik di atas terlihat bahwa ketebalan tabung sangat mempengaruhi distribusi tegangan tangensial dan tidak mempengaruhi distribusi tegangan radial. Semakin tipis tabung, tegangan tangensial yang terjadi akan semakin besar dan dominan sehingga untuk tabung yang sangat tipis tegangan radial pun bisa diabaikan. Distribusi tegangan aksial pada pembebanan gaya aksial dan tegangan geser pada pembebanan torsi T300/5208 quasi-isotropik : Grafik 5.10 Grafik 5.11 Seperti distribusi tegangan tangensial pada pembebanan tekanan internal, besarnya distribusi tegangan aksial pada pembebanan gaya aksial berbanding terbalik dengan ketebalan tabung. Sedangkan pada kasus pembebanan torsi, semakin kecil ketebalan tabung, maka rentang distribusi tegangan geser yang terjadi semakin kecil hingga pada tabung yang sangat tipis distribusi tegangan gesernya mendekati konstan.