SIDANG TUGAS AKHIR Analisa Pengaruh Tekanan Hidrostatik pada Material Komposit dengan Ratio Perbandingan 60 % Carbon Fibre – 40% Epoxy yang Dipadukan dengan Metal Liner pada Bagian Hull AUV ITS 01b OLEH : NATAN HENRI SOPLANTILA NRP. 2106100053
Dosen Pembimbing : Putu Suwarta, S.T., M.Sc
Pendahuluan MISI BAWAH AIR
•SEABED MAPPING •DEEPWATER PIPELINE INSPECTION •LONG RANGE BORDER PATROL •RECOVERY
PENDAHULUAN LATAR BELAKANG
UNDERWATER VEHICLE
TAK BERAWAK (UNMANNED)
ROV
AUV
BERAWAK(MANNED)
SUBMARINE
PENDAHULUAN LATAR BELAKANG • ROV : TETHERED • AUV : UNTETHERED
PENDAHULUAN BAGIAN ( SECTION ) AUV
HULL
TAIL
NOSE
PENDAHULUAN RUMUSAN MASALAH • Mengetahui bagaimana respon material Hull AUV saat terkena tekanan hidrostatik air laut pada kedalaman 50, 75, dan 100 meter.
TUJUAN PENELITIAN • Menganalisa respon material hull AUV saat terkena tekanan hidrostatik air laut pada variasi kedalaman 50, 75 dan 100 meter melalui simulasi dengan menggunakan perangkat lunak Ansys 14.0.
PENDAHULUAN : BATASAN MASALAH Temperatur air laut dirata-ratakan konstan pada 22o Celcius kecepatan arus laut konstan pada 1, 5 knot ( 2,78 km/jam ) Kecepatan AUV konstan pada 4 knot (7,2 km/jam). Properties material komposit (carbon fibre T700 24k Bhispenol A type epoxy) adalah orthotropic. Properties material metal liner yaitu stainless steel 304 adalah isotropic. Ikatan interface antara metal liner dan carbon fibre-epoxy dianggap kuat. Gaya yang bekerja pada hull AUV adalah gaya luar akibat tekanan hidrostatik air laut. Material dianggap sudah jadi dan proses manufaktur dianggap baik.
DASAR TEORI STUDI PUSTAKA Penelitian mengenai aplikasi hybrid Composit E-Glass/Epoxy dipadukan dengan Metal Lliner untuk aplikasi pressure Hull AUV (Khairul Izman Abdul Rahim, A.R Othman, dan Mohd Rizal Arshad, 2011)
DASAR TEORI STUDI PUSTAKA Chul-Jin Moon, In-Hoon Kim, Bae-Hyeon Choi, Jin-Hwe Kweon, Jin-Ho Choi (2009)
DASAR TEORI HYBRID MATERIALS Metode Perancangan: M1+ M2+ SHAPE + SCALE
Kemungkinan Hasil :
Langkah – langkah perancangan
DASAR TEORI •
KOMPOSIT : GABUNGAN DUA ATAU LEBIH KOMPONEN YANG BERBEDA DALAM SKALA MAKRO YANG DIGABUNGKAN SECARA MEKANIK, SEHINGGA MEMILIKI KARAKTER YANG MERUPAKAN GABUNGAN KARAKTERKARAKTER DARI KOMPONEN PEMBENTUKNYA.
KOMPONEN PENYUSUN
Reinforcement
JENIS KOMPOSIT FIBROUS
• Penguat dan Penahan
Matriks • Pembuat bentuk • Penyangga • Pengikat antar komponen reinforcement
LAMINATED
PARTICULATE
DASAR TEORI TEGANGAN PADA FIBRE-REINFORCED MATERIAL TEGANGAN YANG BEKERJA PADA ARAH SUMBU X
DASAR TEORI GAYA-GAYA YANG BEKERJA PADA HULL AUV TEGANGAN BEKERJA PADA ARAH 2
DASAR TEORI • GAYA-GAYA YANG BEKERJA PADA HULL AUV TEGANGAN BEKERJA PADA ARAH 3
DASAR TEORI • Carbon Fibre Mechanical Properties • • • • • • •
Tensile strength Elongation Density Young’s modulus Poisson ratio Shear modulus Shear strength
: 700 ksi = 4826 MPa : 2,10 % : 1,80 g/cm3 = 1800 kg/m3 : 230 Gpa : 0,28 : 4,4 Gpa : 124 Mpa
EPOXY Mechanical Properties Poisson’s ratio Young’s modulus Shear modulus Tensile strength, yield
: 0,25 : 3,5 GPa : 1,4 Gpa : 45 Mpa.
Stainless Steel 304 Mechanical Properties Tensile strength : 505 MPa Elongation : 70,0 % Density : 8030 kg/m3 Young’s modulus : 193-200 GPa Poisson’s ratio : 0,3 Shear modulus : 86,0 GPa
METODOLOGI
: FLOWCHART PENELITIAN
MULAI
A
STUDI LITERATUR DAN PENGUMPULAN DATA-DATA YANG DIBUTUHKAN
ANALISA HASIL SIMULASI
KESIMPULAN
PEMODELAN AUV
SELESAI
PENERAPAN TEKANAN BERDASARKAN VARIASI KEDALAMAN
PLOTTING HASIL SIMULASI
VERIFIKASI HASIL SIMULASI, DENGAN JURNAL ACUAN DAN PERHITUHAN MANUAL ( KRITERIA TSAI WU),HASIL SESUAI?
YA
A
TIDAK
METODOLOGI :
FLOWCHART PEMBUATAN SIMULASI
MULAI A
B
PREFERENCE
GENERAL POST PROCESSOR
PREPROCESSOR : 1.ELEMENT TYPE 2.MATERIAL PROPERTIES 3.SECTION 4.MODELLING 5.MESHING
VERIFIKASI HASIL SIMULASI DENGAN JURNAL ACUAN DAN PERHITUNGAN MANUAL,HASIL SESUAI?
SOLUTION : 1.DEFINE BOUNDARY CONDITION 2. DEFINE LOADS 3.SOLVE
ANALISA HASIL SIMULASI
YA
KESIMPULAN
SELESAI A
B
TIDAK
Data Hasil Percobaan
Kedalaman 50 Meter (Tekanan 1,10 MPa) Tegangan maksimum yang bekerja pada silinder Hybrid Composite : 58, 7 MPa
Tegangan maksimum yang bekerja pada silinder Stainless Steel 304 : 95,7 MPa
Kedalaman 75 Meter( Tekanan 1,61 MPa) Tegangan maksimum yang bekerja pada silinder Hybrid Composite : 85,3 MPa
Tegangan maksimum yang bekerja pada silinder Stainless Steel 304 : 139 MPa
Kedalaman 100 Meter (Tekanan 2,11 MPa) Tegangan maksimum yang bekerja pada silinder Hybrid Composite : 112 MPa
Tegangan maksimum yang bekerja pada silinder Stainless Steel 304 : 183 MPa
Kedalaman 50 Meter (Tekanan 1,10 MPa) Regangan maksimum yang terjadi pada silinder Hybrid Composite : 8,12 x 10-4
Regangan maksimum yang terjadi pada silinder Stainless Steel : 4,79 x 10-4
Kedalaman 75 Meter (Tekanan 1,61 MPa) Regangan maksimum yang terjadi pada silinder Hybrid Composite : 1,181 x 10-3
Regangan maksimum yang terjadi pada silinder Stainless Steel : 6,94 x 10-4
Kedalaman 100 Meter (Tekanan 2,11 MPa) Regangan maksimum yang terjadi pada silinder Hybrid Composite : 1,55 x 10-3
Regangan maksimum yang terjadi pada silinder Stainless Steel : 9,14 x 10-4
Grafik tegangan vs kedalaman yang Bekerja pada silinder Hybrid Composite 120 110 100
tegangan ( MPa)
90 80 70 60 tegangan yang bekerja
50 40 30 20 10 0
50
75
kedalaman (meter)
100
Grafik regangan vs kedalaman yang Terjadi pada silinder Hybrid Composite 0,002
Regangan
0,0016
0,0012
regangan yang terjadi 0,0008
0,0004
0 50
75
Kedalaman (meter)
100
Grafik Tegangan yang bekerja pada Hybrid Composite vs Stainless Steel 304 200 180
Tegangan (MPa)
160 140 120 100 stainless steel 304 80
hybrid composite
60 40 20 0 50
75
Kedalaman (meter)
100
Grafik regangan maksimum yang terjadi pada Hybrid Composite vs Stainless Steel 304 0,0018 0,0016 0,0014
Regangan
0,0012 0,001 stainless steel 304
0,0008
hybrid composite 0,0006 0,0004 0,0002 0 50
75
Kedalaman (meter)
100
Pembahasan Tegangan yang bekerja pada hybrid composite lebih kecil dari tegangan yang bekerja pada stainless steel untuk semua variasi kedalaman, menunjukkan bahwa penambahan material composite dengan ratio perbandingan 60 % carbon fibre – 40% Epoxy dapat mengurangi tegangan yang terjadi pada silinder. Pengurangan tegangan yang terjadi pada setiap variasi kedalaman : Kedalaman
Tegangan pada Tegangan pada Hybrid Composite Stainless Steel (MPa) (MPa)
Pengurangan tegangan (%)
50 meter
58,7
95,7
38,66
75 meter
85,3
139
38,63
100 meter
112
183
38,8
Regangan yang terjadi pada stainless steel memiliki bentuk yang hampir sama dengan deformasi akibat tegangan yang bekerja, hal ini disebabkan stainless steel merupakan material isotropic.
Analisa kegagalan 1. Kriteria kegagalan Tsai Wu
Hasil analisa kegagalan Tsai Wu : Nilai Tsai Wu Failure Criteria Kedalaman
Perhitungan Manual
Perangkat Lunak
Selisih
50 meter
-10794114,74
0,041726
10794114,781726
75 meter
-22840735,66
0,060733
22840735,720733
100 meter
-39315826,79
0,075588
39315826,865588
2. Analisa Kegagalan Von Misses untuk material Stainless Steel
Hasil analisa kegagalan Von misses :
Kedalaman 50 meter Kedalaman 75 meter Kedalaman 100 meter
Nilai Tegangan Von Misses (MPa) Perangkat Perhitungan Lunak Manual 95,7 93,5 139 136,7 183 178,2
Selisih 2,2 2,3 4,8
KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diambil setelah dilakukan analisa adalah sebagai berikut.
• Penambahan Carbon Fibre – Epoxy dapat mengurangi tegangan yang bekerja pada silinder stainless steel. • Nilai persentase penurunan tegangan tertinggi terjadi pada variasi kedalaman 100 meter yaitu yaitu 38,8 %, sedangkan nilai persentase penurunan tegangan terrendah pada variasi kedalaman 75 meter yaitu 38,63 %. • Hasil perhitungan kriteria kegagalan Tsai Wu memberikan informasi bahwa material hybrid composite tidak mengalami kegagalan untuk semua variasi kedalaman. • Hasil perhitungan kriteria kegagalan Von Misses memberikan informasi bahwa material stainlees steel AISI 304 tidak mengalami kegagalan untuk semua variasi kedalaman karena nilai tegangan yang bekerja masih berada di bawah nilai yield strength dari material.
SARAN Saran dari penelitian ini untuk penelitian selanjutnya adalah sebagai berikut. • Penelitian secara eksperimen perlu dilakukan agar didapatkan hasil yang lebih akurat. • Analisa numerik dengan perangkat lunak lain perlu dilakukan agar didapat nilai pembanding untuk hasil simulasi yang lebih akurat.
