Optimalisasi Peran Teknik Mesin Dalam Meningkatkan Ketahanan Energi

Seminar NasionalTeknikMesin X JurusanMesinFakultasTeknik UB

2-3 November 2011 ISBN 978 – 602 – 19028 – 0 – 6

Optimalisasi Peran Teknik Mesin Dalam Meningkatkan Ketahanan Energi Ketua Peyunting Dr.Eng. Yudy Surya I,ST.,M.Eng. Sekretaris Penyunting Dr. Slamet Wahyudi, ST.,MT. Penelaah Ahli Prof. Dr. Ir Pratikto, MMT (Universitas Brawijaya Malang) Prof. Ir. ING Wardhana, M.Eng., Ph.D.(Universitas Brawijaya Malang) Dr.Eng. Anggit Murdani, ST.,M.Eng. (POLINEMA) Dr.Eng. Budi Prawara,ST.,M.Eng. (LIPI-TELIMEK) Penyunting Pelaksana Francisca Gayuh Utami D, ST., MT. Tata Letak Fikrul Akbar Alamsyah, ST Dodik & Very Cetak dan Distribusi Totok S. Penanggung Jawab Ketua Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang Perancang Sampul Dodik & Very Penerbit Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang Jl. MT. Haryono 167 Malang 65145 Telp./Fax. +62-341-554291 Email: [email protected]

The statements and opinion expressed in the papers are those of the authors themselves and not necessarily reflect the opinion of the editors and organizers. Any mention of company or trade name does not imply endorsement by organizers.

ISBN: 978 – 602 – 19028 – 0 – 6 Copyright © 2011, Departement Mechanical of Engineering Faculty, Brawijaya University of Malang Not to be commercially reproduced by any means without written permission Printed in Malang, Indonesia, November 2011 SNTTM X | i


2-3 November 2011 ISBN 978 – 602 – 19028 – 0 – 6

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ................................................................................................ ii DAFTAR ISI .............................................................................................................. iii KEYNOTE SPEAKER Tantangan Keilmuwan teknik mesin di bidang nuclear reactor safety Deendarlianto .......................................................................................................................... 1 Rancang Bangun dan Aplikasi Engine Rusnas 500 cc I Nyoman Jujur ........................................................................................................................ 10

BIDANG KONVERSI ENERGI Peningkatan Efisiensi Pembakaran Tungku Kayu Bakar Tradisional Dengan Modifikasi Disain Bambang Yunianto, Nazarudin Sinaga ..................................................................................... 24 Studi Pemanfaatan Briket Kulit Jambu Mete Dengan Kombinasi Sekam Padi Dan Tongkol Jagung Sebagai Bahan Bakar Alternatif Lydia M Salam, H Baharuddin Mire, M. Fachry. A.R............................................................... 29 Efek Ash Campuran Batubara Mutu Rendah Terhadap Potensi Pembentukan Slagging dan Fouling Pada Boiler PT. Semen Tonasa Ismail....................................................................................................................................... 37 Pengembangan Bahan Bakar Briket dari Campuran Kulit Mete dan Sekam Padi Muchammad ............................................................................................................................ 42 Pengaruh Air Fuel Ratio Terhadap Emisi Gas Buang Berbahan Bakar Lpg Pada Ruang Bakar Model Helle-Shaw Cell I Gusti Ngurah Putu Tenaya, Made Hardiana. ......................................................................... 47 Kajian Numerik Aliran Udara Pembakaran pada Tangentially Fired Pulverized-Coal Boiler Wawan Aries Widodo, Is Bunyamin Suryo, Giri Nugroho......................................................... 52 Perbandingan Simulasi Dengan Asumsi Ideal gas Dengan Kondisi Real gas Effect pada Kasus Combustion Albert Meigo R.E.Y, Romie O.Bura, Bambang Kismono Hadi .................................................. 57 Karakteristik Pembakaran Briket Limbah Tongkol Jagung Dan Sekam Padi Dengan Berbagai Perbandingan Tongkol Jagung Dan Sekam Padi Andi Mangkau, Prof. Dr. Ir. Effendy Arif, M. Eng .................................................................... 66 Efek Katalisator (Broquet) Terhadap Emisi Gas Buang Mesin Bensin Arijanto, Andhika Mahardika ................................................................................................... 76 SNTTM X | iii


2-3 November 2011 ISBN 978 – 602 – 19028 – 0 – 6

Disain Sistem Loading dan Unloading Untuk Alat Angkut Material Dengan Roda Tunggal Berbasis Mekanisme Empat Batang Syamsul Huda, Mulyadi Bur, Gilang Aperlin ......................................................................... 787 Perancangan Awal Alat Uji Split Hopkinson Pressure Bar Guna Menentukan Sifat Material pada Laju Regangan Tinggi Novri Adrian, Leonardo Gunawan, Tatacipta Dirgantara, Ichsan Setya Putra ....................... 794 Kaji Numerik dan Eksperimen Tumbukan Kuasi-Statik pada Tabung Silinder Polyvinyl Chloride Sahril Afandi Sitompul, Tatacipta Dirgantara, Leonardo Gunawan, Ichsan Setya Putra ........803 Pertimbangan Penting Dalam Mendesain Bantalan, Studi Kasus: Modifikasi Bantalan Pada Suatu Centrifuge Untuk Meningkatkan Umurnya Indra Nurhadi, Hardy Kesuma ............................................................................................... 810 Perancangan, Pembuatan, dan Pengujian Load Cell 3-Axis untuk Pengukuran Ground Reaction Force pada Force Platform Sandro Mihradi, Andi I. Mahyudin, Tatacipta Dirgantara, Alit W. Suwirya ........................... 817

BIDANG MATERIAL Pengenalan Program Komputer LD-FEM (Large Deformation-Finite Element Method) Sebagai Alat Bantu Pemodelan dan Simulasi Material Hyperelastic Sugeng Waluyo ...................................................................................................................... 825 Analisis Tegangan Dan Kekuatan Rekat Antar-Muka Pada Bahan Komposit Serat Bambu Dan Resin Epoksi Lies Banowati dan Bambang K. Hadi.................................................................................... 833 Pengaruh Variasi Beban dan Lama Rendaman Air Laut Terhadap Perubahan Defleksi Material Pipa Baja ASTM A53 dengan Metode Uji C-Ring Hairul Arsyad............................................................................................................................. 844 Creep Rupture Analysis and Remaining Life Assessment of A335-P5 Steel Tubes Mochammad Noer Ilman ........................................................................................................ 849 Pengaruh Air Gambut Terhadap Kekuatan Lelah Baja Struktur M. Dalil, dan Warman Fatwa................................................................................................. 855 Analisis Uji Tekan Pada Spesimen Serat Kelapa Dan Kelapa Sawit Noor Eddy, Donny George Hutagalung.................................................................................. 863 Corrosion Location and Size Detection in Reinforced Concrete by Using 2D Boundary Element Inverse Analysis Syarizal Fonna, M. Ridha, S. Huzni, Israr, R. Afrizal and A.K. Ariffin .................................... 871

SNTTM X | xiii


2-3 November 2011 ISBN 978 – 602 – 19028 – 0 – 6

KAJI NUMERIK DAN EKSPERIMEN TUMBUKAN KUASI-STATIK PADA TABUNG SILINDER POLYVINYL CHLORIDE Sahril A.Sitompula, Tatacipta. Dirgantarab,LeonardoGunawanb, Ichsan Setya Putrab a

Mahasiswa ProgramStudiS2 AeronotikadanAstronotika b KelompokKeahlianStrukturRingan FakultasTeknikMesindanDirgantara, InstitutTeknologi Bandung Jl.Ganesa No.10 Bandung 40132, Indonesia

ABSTRACT Thin walled columns have been widely applied to car structures as impact energy absorption system. The system absorbs kinetic energy through progressive buckling which reduces the deceleration of the car and minimizes the deformation of passenger compartmentduring collision. This paper presents the numerical simulations of cylindrical tubes under axial quasi-static load using LS-DYNA and its validation by using experiments. The objective is to validate the numerical model used to predict the energy absorption capability of crash boxes. PCV tubes were used as a preliminary validation to the procedure before validation with more specific and expensive materials. Results of simulations are presented in the form of deformation modes and crushing forces of the PVC tubes with diameter of 59 mm, thickness of 1.5 mm and height of 190 mm. The results are then compared to those obtained from experiments carried out to tubes of similar geometry. It can be shown that both procedures predict that the deformation modes of the PVC tubes are in diamond shape (asymmetric modes). The mean crushing force predicted by the simulation was 20%-26% lower than that measured in experiments. It can be concluded that the numerical model used in the simulations is good enough to be used to predict response of the PVC tube under quasi-static load. Keywords:Bumper system, circular columns, mean crushing force, progressive buckling, quasi-static load.

1.

PENDAHULUAN

Peningkatan jumlah pengguna kendaraan bermotor terjadi setiap tahun. Sebagai akibatnya, kepadatan lalu lintas meningkat dan jumlah kecelakaan lalulintas bertambah.Padasebagianbesarkecelakaan, modustabrakanfrontal merupakankejadian yang paling banyak terjadi[1].Di Indonesia, seperti yang diberitakan pada Kompas edisi 17 Juli 2007, sekitar 32.000 jiwa per tahun meninggal akibat kecelakaan kendaraan bermotor, dimana sekitar setengah dari jumlah itu adalah pengguna kendaraan roda empat. Agar penumpang tetap aman ketika terjadi tabrakan, struktur kendaraan dirancang dengan mekanisme penyerapan energi melalui sistem bumper. Komponen sistem bumper terdiri dari frontal bar dan crushing box.Saat terjadi tabrakan, frontal bar menerima langsung beban tumbukan dan meneruskan beban ke crushing box yang kemudian menyerap energi tabrakan melalui deformasi plastis. Penelitian awal mengenai teori dasar mekanisme penyerapan energi pada crushing boxyang pada umumnya berbentuk tabung dilakukan oleh Alexander, Norman Jones, Abramowicz dan Wierzbicki[2,3,4,5,6,7]. KelompokKeahlianStrukturRingan, FakultasTeknikMesindanDirgantara ITB, jugamengembangkanpenelitiantentangcrushing

boxdenganberbagaikonfigurasimelaluimetodenumerik danvalidasidenganeksperimen[8,9,10,11,12].Dalam penelitian, untuk memvalidasi pemodelan numerik, dilakukan perbandingan dengan hasil eksperimen. Untuk mengatasi masalah biaya eksperimen yang cukup tinggi, dilakukan studi menggunakan tabung polyvinyl chloride (PVC) untuk validasi awal model numerikyang dikembangkan. 2.

TEORI Mekanika tumbukan adalah cabang mekanika yang mempelajari gaya-gaya dan deformasi yang terjadi pada saat dua benda bertumbukan. Fenomena ini bersifat dinamik karena efek massa diperhitungkan dan besaran gaya serta perpindahan yang terjadi merupakan fungsi waktu. Tumbukan biasanya terjadi dalam waktu yang relatif singkat dan mengakibatkan terjadinya gelombang deformasi yang merambat menjauhi daerah tumbukan.. Pada tabung yang mengalami tumbukan dalam arah aksial, gelombang deformasi ini dikenal sebagai progressive buckling. Deformasi yang berurutan dan berulang ini menyerap energi kinetik tumbukan.

SNTTM X |803


2-3 November 2011 ISBN 978 – 602 – 19028 – 0 – 6

Gambar 3 Idealisasi modus axisimetrikpada tabung berdinding tipis [5]

. Gambar1Kurva gaya-perpindahan tabung baja yang diberi beban longitudinal [4]

Gambar 1 menunjukkan karakteristik kurva gayaperpindahan pada tabung aluminium ketika diberi pembebanan dalam arah longitudinalTiap puncak pada kurva gaya-perpindahan tersebut berhubungan dengan terjadinya lipatan-lipatan pada tabung. Gambar 2 menunjukkan hasil pengujian spesimen baja yang diberi beban kuasi-statik [13].Biasanya lipatan-lipatan ini terjadi secara berurutan dari salah satu ujung tabung. Gaya awal yang menyebabkan terjadinya pelipatan pada tabung sangat erat kaitannya dengan gaya maksimum pada awal siklus buckling. Gaya ini sangat penting untuk desain crashworthiness yang memberikan indikasi besarnya gaya untuk memicu terjadinya collapse dan memulai proses penyerapan energi.

Gaya yang dibutuhkan untuk menghasilkan lipatan– lipatan pada tabung berfluktuasi selama proses deformasi berlangsung. Harga gaya penghancur ratarata (Pm, mean crushing force), yaitu gaya rata-rata yang diperlukan untuk menghasilkan deformasi pada tabung sebesar didefinisikan sebagai berikut:

dengan P(δ) merupakan gaya yang terjadi sesaat (instantaneous force). Grafik Pmmemiliki puncak pertama yang terkait dengan lipatan pertama yang terjadi. Setelah puncak pertama ini terjadi, harga Pm akan berosilasi dan konvergen menuju suatu nilai. HargaPmuntuk tabung lingkaran merupakan fungsi dari geometri tabung dan momen lentur plastis (Mo, plastic bending moment) mengikuti persamaan berikut:

Dimana

Gambar2Deformasi spesimen baja setelah diberi pembebanan kuasi-statik [13]

Teori tumbukan untuk tabung berpenampang lingkaran pertama kali dikembangkan oleh Alexander [2]dan kemudian dilanjutkan oleh Abramowicz dan Norman Jones [5,6]. Gambar 3 menunjukkan tabung lingkaran dengan jari-jari R dan ketebalan tmengalami deformasi aksi-simetrik akibat tumbukan arah aksial.Energi didisipasikan melalui dua mekanisme, yaitu pembentukan engsel plastis serta regangan dinding tabung dalam arah melingkar (circumferential stretching). Jadi, untuk satu lipatan aksisimetrik, energi diserap oleh engsel pada posisi a, b, dan c, serta oleh regangan dua dinding sepanjang H dalam arah melingkar ketika sudut membesar. Berdasarkan Abramowicz [5], panjang elemen setengah folding H, merupakan fungsi dari jari-jari dan tebal tabungsebagai berikut:

didefinisikan sebagai:

Berdasarkan hasil-hasil penelitian yang telah dilakukan untuk kasus tumbukan berkecepatan rendah pada tabung silinder aluminum berdinding tipis, terdapat beberapa jenis modus deformasi yang terjadi, yaitu modus aksisimetrik (concertina),asimetrik (diamond) dan gabungan antara kedua modus tersebut[14].Karena besar Pm bergantung pada bentuk deformasi yang terjadi pada tabung, prediksi modus deformasi yang terjadi akibat tumbukan sangat penting dalam studi penyerapan energi oleh crushing box. 3. METODE Penelitiandilakukandenganperbandingan hasil simulasi numerik dan eksperimen pembebanan impak pada tabung PVC. Parameter yang dibandingkan adalah Pm (gaya penghancur rata-rata) dan modus deformasi tabung.

SNTTM X |804


2-3 November 2011 ISBN 978 – 602 – 19028 – 0 – 6

3.1 Eksperimen Padaeksperimen, jumlahspesimenygdiujisebanyak 3 buahtabung lingkaran berdinding tipis terbuat dari material PVC (polyvinyl chloride) dengandimensi yang sama. Tabung memiliki diameter luar 60,5 mm, tebal 1,5 mm dantinggi 190 mm. Gambar4menunjukkangeometrispesimen.Sifat material PVC yang digunakan untuk spesimen tabung didapat dari uji tarik danditunjukkan pada Tabel 1. Gambar 5 Mesin uji universal Tarno-Grocky

mendapatkan hasil numerik yang detail dalam waktu

Gambar4Spesimentabung PVC

Tabel 1Properti material PVC

Modulus young (E) Ultimate Strength (σu) Poisson ratio (v)

1.39 GPa 37 MPa 0.3

Pengujiantumbukankuasistatikdilakukanmenggunakanmesinuji universal Tarno-Grocky berkapasitas 200 kNseperti yang ditunjukkanpadaGambar5. Kecepatancrossheadpadaujikuasi-statikberbedauntuk tiapspesimen,masing-masingsebesar 0,148 mm/s, 0,306 mm/s dan 1,088 mm/s, sehinggalajureganganmasing-masing 0,00078 s-1, 0,00161 s-1, 0,00573 s1 .Gambar6menunjukkankondisipembebanandanalatpe nunjukgayasecara analog. Dalam eksperimen, alatpenunjukgayadirekammenggunakankamera video genggam yang kemudian diolahuntuk mendapatkan data gayaterhadapwaktu dalam selang waktu 0,2 detik. Dataperpindahanspesimen terhadapwaktudiperolehdarikecepatancrossheaddikalikandenganselangwaktu 0,2 detik. Dengan menggunakan bantuan program spreadsheet,data gaya terhadapwaktu dan perpindahan terhadap waktukemudian dikombinasikan menjadi data gaya terhadap perpindahan yang terjadi selama pengujian. 3.2Simulasi Numerik Pada simulasi numerik, digunakan model tabung dengan geometri yang sama dengan geometri spesimen pengujian. Tabung lingkaran berdinding tipis dimodelkan menggunakan elemen BelytschkoTsay. Berdasarkan uji konvergensi yang telah dilakukan, besar elemen yang optimal untuk

(a)

(b)

Gambar 6(a) Kondisi pembebanan spesimen dan (b) dial ukur gaya

yang singkat adalah 2 mm ×2 mm. Gambar 7 menunjukkan model spesimen yang telah diberi meshing pada LS-DYNA. Selanjutnya, penumbuk dan landasan dimodelkan sebagai solid yang dibuat dengan 8 kurva. Meshing pada LS-DYNA 970 Double Precision dilakukan dengan menggunakan Mesh On Plate / Solid dengan memilih 8 Line Solid. Penumbuk dan landasan diasumsikan jauh lebih kaku dibandingkan spesimen uji. Penumbuk dan landasan dibuat berbentuk balok dengan penampang bujur sangkar, panjang sisinya 120 mm dan tinggi balok tersebut adalah 10 mm.

Gambar7Model spesimen, penumbuk (diatas spesimen) dan landasan(dibawah spesimen)

SNTTM X |805


2-3 November 2011 ISBN 978 – 602 – 19028 – 0 – 6 Tabel 3Kondisi batas

Elemen True stress [Gpa]

0.06

Impactor Landasan

0.04

Translasi x 1 1

y 1 1

Rotasi

z 0 1

x 1 1

y 1 1

z 1 1

0.02

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

True strain

Gambar 8 Kurva true stress – true strain pada input data material polymer plasticity

Tabel 2Sifat mekanik material penumbukdanlandasan

E (Young’smodulus) v (Poisson’s ratio) ρ (massa jenis)

200 GPa 0.3 4.96 x 10-4 kg/mm3

Metodepenyelesaianeksplisit yang digunakanpadaperangkatlunak LS-DYNA merupakanproseduruntukpemodelantumbukankecepat antinggidimana efekinersiaberperansangatdominan. Olehkarenaitu, padasimulasikuasistatikefekinersiadijaga agar tetaptidaksignifikan walaupun proses simulasidilakukandalamwaktu yang singkat. Untukmemastikanbahwa dalam metodepenyelesaianeksplisitpembebanan yang terjadibersifat kuasi-statik, gerakpenumbuk diatur menggunakanprescribed motion. Gambar 9 menunjukkan input gerakan penumbuk dalam bentuk kurva.

1 0 0

50

Waktu [ms]

100

Gambar9Kecepatanpenumbuksebagai input simulasi

12 Eksperimen I

10 Gaya [kN]

Pada simulasi ini digunakan 2 jenis material, yaitu material untuk tabung PVC serta material untuk penumbuk dan landasan.Sifat material PVC yang digunakan sesuai dengan yang tercantum pada Tabel 1. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya,pemodelan material yang tepat untuk PVC adalah polymer plasticitydengan input data kurvatrue stress – true straindari hasil uji tarik statik [9] seperti ditunjukkan pada Gambar 8.Material penumbuk dan landasan dimodelkan sebagai material kaku dengan sifat mekanik ditunjukkan pada Tabel 2.

2

Kecepatan [m/s]

0.00

Eksperimen II

8

Eksperimen III

6 4 2 0 0

50

100

Perpindahan [mm]

Gambar 10Kurva gaya sesaat hasil eksperimen

Kondisi batas untuk model impaktor dan landasan dalam simulasi ini dapat dilihat pada Tabel 3.Notasi 1 menyatakan ada konstrain untuk gerak pada arah tersebut sedangkan notasi 0 menyatakan tidak ada konstrain gerak pada arah tersebut. Pada simulasi ini pemberian kondisi kontak sangat diperlukan agar dua benda yang berada pada posisi yang sama akan memulai proses tumbukan dan tidak hanya mengalami overlap. Agar sesuai dengan kenyataan sebenarnya, digunakan dua jenis kontak. Jenis kontak yang pertama adalah automatic node to surface yang digunakan pada kontak antara impactor dengan tabung spesimen dan landasan dengan tabung. Tipe kontak ini sesuai untuk digunakan pada sisi elemen shell dari suatu permukaan atau kontak elemen beam pada suatu permukaan, dan juga sesuai untuk digunakan pada benda pejal.Jenis kontak yang kedua adalah automatic single surface,yang digunakan pada dinding-dinding tabung spesimen. Kontak jenis kedua ini dapat mencegah penetrasi antar lipatan selama tabung mengalami progressive buckling. Koefisien gesek statik dan dinamik dalam simulasi adalah 0.3 dan 0.2. Untuk menentukan waktu

SNTTM X |806


akhir simulasi, digunakan parameter ENDTIME. Harga parameter ini dipilih sebesar 95 ms, berdasarkan panjang deformasi tabung yang terjadi pada eksperimen. Parameter output LS-DYNA yang digunakan pada pemodelan ini antara lain : 1. D3PLOT: untuk menunjukkan visualisasi pemodelan. Interval waktu yang digunakan sebesar 0.38 ms sehingga terdapat 250 step hingga ENDTIME. File D3PLOT ini dapat disimpan menjadi file video dengan menggunakan perangkat lunak post-processing. 2. RBDOUT:untuk menyajikan data displacement terhadap waktu. Interval waktu yang digunakan sebesar 0.02 ms sehingga data time-displacement yang diperoleh sebanyak 4750 data. 3. RCFORCE:untuk menyajikan data gaya terhadap waktu. Interval waktu yang dipakai sebesar 0.02 ms sehingga diperoleh data sebanyak 4750 buah data. Data time-displacement dan data time-force tersebut dapat diubah menjadi data forcedisplacementatau instantaneous force (gaya instan) yang terjadi selama proses tumbukan dengan menggunakan bantuan program spreadsheet.

2-3 November 2011 ISBN 978 – 602 – 19028 – 0 – 6

modus pelipatandiamond seperti yang ditunjukkanGambar12. Modus aksi-simetrik terjadi secara berurutandiikutidenganperubahanpenampangtabung.

Gambar12Modus diamond pada 3 spesimenhasilpengujian

Dari simulasinumerikdidapat data berupagaya penghancur sesaat seperti ditunjukkan pada Gambar 13. Gaya puncak (peak force) pada gambar ini menyatakan inisiasi buckling lokal yang ditandai dengan besarnya gaya yang dibutuhkan untuk terjadinya lipatan pertama.Jarak antara puncak dengan puncak berikutnya adalah panjang lipatan deformasi plastis yang terjadi. Selanjutnya gaya penghancur sesaat diproses menggunakan Pers. (2) untuk mendapatkan gaya penghancur rata-rata, dimana didapat Pmtabung ini adalah 2,24 kN seperti ditunjukkan pada Gambar 14. 8

Gaya [kN]

6 4 2

Gambar 11Gaya penghancur rata-rata hasil eksperimen

0 0

4. HASIL DAN ANALISIS

Tabel4HargaPmpadamasing-masingpengujian

60

80

100

Gambar13Grafik gaya sesaat hasil simulasi numerik 4 3 2

Eksperimen

Pm [kN]

1

I II III

3,03 2,80 2,98

0

Modus yang terjadipadatigaspesimendalam eksperimenmenunjukanhasil yang konsistenyaitu

40

Perpindahan [mm]

Pm [kN]

Data gaya penghancur sesaat dan gaya penghancur rata-rata hasil eksperimen ditunjukan berturut-turut pada Gambar 10 dan Gambar 11. HargaPm padamasing-masing dataeksperimendiambilpadatiaptitikujungperpindahan akhirdannilaitersebutdirangkumpadaTabel4.

20

0

20

40

60

80

100

Perpindahan [mm]

SNTTM X |807


2-3 November 2011 ISBN 978 – 602 – 19028 – 0 – 6

Gambar14Grafikgaya penghancur rata-rata hasil simulasi numerik

Modus deformasi pada simulasi numerik ditunjukkan oleh Gambar 15. Modus yang terjadi diawali dengan dengan modus aksi-simetrik pada tekukan pertama dan kemudian berubah menjadi modus asimetrik.

Gambar 17 menunjukkan perbandingan modus deformasi hasil simulasi dengan hasil eksperimen. Dapat dilihat bahwa modus deformasi yang terjadi pada simulasi adalah aksi-simetrik (concertina) pada lipatan pertama dan diikuti modus asimetrik (diamond). Sementara pada eksperimen, modus deformasi yang terjadi murni asimetrik (diamond).

Gambar15Modusdeformasipadasimulasinumerik

Gambar17 Modusdeformasihasil simulasidanpengujian

Gambar 16 menunjukkan perbandingan gaya sesaat hasil eksperimen dan simulasi numerik, sedangkan perbandingan nilai gaya penghancur rata-rata dapat dilihat pada Tabel 5.

Dari hasil-hasil yang telah diperoleh, dapat diamati beberapa hal: 1. Pengujian terhadap tiga tabung PVC dengan diameter 60,5 mm, tebal 1,5 mm, dan tinggi 190 mm hasil eksperimen menunjukkan hasil yang konsisten, dimana Pm tabung berharga 2,94 kN dan modus deformasi yang terjadi berupa modus asimetrik ataudiamond. 2. Simulasi numerik yang dilakukan menghasilkan prediksi Pmyang lebih rendah 20%-26% dibandingkan dengan hasil eksperimen. Salah satu penyebah perbedaan ini adalah input data sifat mekanik material PVC yang didapat dari uji tarik dengan elastisitas (E) sebesar 1,39 GPa jauh dari nilai seharusnya, yaitu berkisar 2,41-4,14 GPa. 3. Modus deformasi yang terjadi pada simulasi numerik diawali dengan lipatan aksisimetrik (concertina)yang diikuti dengan modus aksisimetrik (diamond). Secara keseluruhan, modus yang terjadi pada eksperimen dan simulasi numerik adalah modus diamond.

12 Eksperimen I

10

Eksperimen II

Gaya [kN]

Eksperimen III

8

Simulasi

6 4 2 0 0

50 Perpindahan [mm]

100

Gambar16Perbandingan gaya sesaat hasil pengujian dan hasil simulasi (setelah proses filter)

5. KESIMPULAN Tabel5Perbandingan harga Pmhasil eksperimen dan simulasi numerik

Spesimen I II III

Pm [kN] Eksperimen Numerik 3,03 2,24 2,80 2,24 2,98 2,24

Perbedaan [%] 26 20 25

Berdasarkan hasil yang telah diperoleh, dapat disimpulkan bahwa model numerik yang digunakan dalam simulasi pembebanan impak kuasi-statik terhadap tabung PVC telah dapat memberi hasil yang cukup baik. Model masih dapat disempurnakan lagi untuk mendapatkan hasil yang lebih sesuai dengan eksperimen.

SNTTM X |808


DAFTAR PUSTAKA [1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

T.Frank & K. Gruber,1992,Numerical Simulationof FrontalImpact and OffsetCollision, Cray Research Inc., CRAY Channels 2-6. J.M. Alexander, An approximate analysis of the collapse of thin cylindrical shells under axial loading, 1960,J Mechanics Appl Math13 (1): 1015. W.Abramowicz&T.Wierzbicki, 1983,On the Crushing Mechanics of Thin-Walled Structures, Journal of Applied Mechanics, Vol. 50, 727734. W.Abramowicz&N. Jones, 1984,Dynamic Axial Crushing of Square Tubes, Int. Journal of Impact Engineering, Vol.2, No.2, 179-208. W.Abramowicz& N. Jones, 1984,Dynamic Axial Crushing of Circular Tubes, Int. Journal of Impact Engineering, Vol.2, No.3, 263-281. W.Abramowicz& N. Jones, 1986,Dynamic Progressive Buckling of Circular Tubes and Square tubes,Int. Journal of Impact Engineering, Vol.4, No.4, 243-270. W. Abramowicz&T. Wierzbicki, 1989,Axial Crushing of Multicorner Sheet Metal Columns, Journal of Applied Mechanics, Vol.56, No.1, 113-120. L.H. Anh, 2007, Behaviour of Thin-Walled Prismatic Structures Subjected to Low Velocity ImpactLoading, Tesis Master TeknikPenerbangan, ITB, Bandung. N. Arindah, 2010,KajiParametrikTumbukanBerkecepatanRe ndahpadaTabungLingkaranBerdinding Tipis yang Terbuatdari Material Polyvinyl Chloride,TugasAkhirAeronotika&Astronotika, ITB, Bandung. A. Jusuf,, 2010, Low Velocity Impact Analysis of Prismatic Structure using Finite Element Method, FEOFS 8th International Conference on Fracture and Strength of Solids, KualaLumpur, Malaysia,7-9 June. M. Mora et al., 2009,Low Velocity Impact Analysis of Foam Filled Double Prismatic Columns, International Conference on Advances in Mechanical Engineering, Shah Alam,Malaysia, 24-25 June. I.Wirayudha, et al, Impact Analysis of ThinWalled Prismatic Columns, 2009,International Conference on Advances in Mechanical Engineering,Shah Alam, Malaysia , 24-25 June. V.Tarigopula, M.Langseth, O.S. Hopperstad& A.H. Clausen ,2006, Axial Crushing of ThinWalled High Strenght Steel Sections, Int. Journal of Impact Engineering, Vol. 32,847882. K.R.F.Andrews , G.L.England &E. Ghani, 1983, Classification Of Axial Collapse of Cylindrical Tubes Under Quasi Static Loading,Int. Journal

2-3 November 2011 ISBN 978 – 602 – 19028 – 0 – 6

of of Mechanical Sciences, Vol. 25, No. 9-10, 687-696.

SNTTM X |809

Optimalisasi Peran Teknik Mesin Dalam Meningkatkan Ketahanan Energi

Recommend Documents