Dosen Pembimbing Dr. Ir. Agus Sigit Pramono, DEA.

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR ANALISA BALISTIK IMPACT DENGAN VARIASI KECEPATAN AWAL PROYEKTIL MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA Andi Rizkiawan NRP Dosen Pembimbing Dr. Ir. Agus Sigit Pramono, DEA.

2

3 PENDAHULUAN I Latar Belakang Peralatan militer mengalami beban balistik Peralatan Militer = alat keamanan dan kedaulatan negara Software menggunakan metode finite elemen TUGAS AKHIR

4 PENDAHULUAN I Tujuan Menganalisa residual velocity dan besar deformasi yang dihasilkan dengan variasi kecepatan proyektil akibat beban impact dari proyektil. Membandingkan hasil yang didapatkan dengan hasil dari eksperimen kemudian disimpulkan rancangan yang paling aman digunakan.

5 PENDAHULUAN I Batasan Masalah Sudut penembakan lurus, yaitu tegak lurus terhadap pelat. Sifat mekanik material dianggap sama dengan yang ada dalam standar properties (tidak dilakukan pengujian sifat mekanik). Spesimen uji berbahan weldox E 460 steel. Pelat dijepit pada kedua sisinya. Analisa hanya pada pelat.

6 PENDAHULUAN I Asumsi Material yang dipakai diasumsikan homogen dan isotropik. Tidak terdapat tegangan sisa (residual strength) pada material sebelumnya. Kecepatan proyektil sebelum menumbuk pelat diasumsikan konstan. Efek spin tidak diperhitungkan.

7 PENDAHULUAN I Manfaat Dengan penelitian yang dilakukan diharapkan Untuk pelat (target) dirancang agar mampu menahan beban impact Untuk Proyektil dirancang agar mampu menembus target

8

9 TINJAUAN PUSTAKA I T. Børvik, M. Langseth, O.S. Hopperstad, dan K.A. Malo melakukan pengujian dengan menggunakan gas gun sebagai pelontar proyektil (massa, diameter, dan panjang sebesar 197 gram, 20 mm, dan 80 mm)

10 TINJAUAN PUSTAKA I W. Goldsmith dan S.A. Finnegan Melakukan pengujian balistik impact terhadap pelat alumunium dan baja ringan dengan kecepatan m/s

11 TINJAUAN PUSTAKA I N.K. Gupta dan V. Madhu melakukan eksperimen terhadap pelat yang mengalami beban impact dengan material pelat (a) mild steel dengan ketebalan 4,7 mm (MS1); 6,0 mm (MS2); dan 10, 12, 16, 20, dan 25 mm (MS3); (b) RHA steel dengan ketebalan 8, 12, 16, dan 20 mm; dan (c) alumunium plate dengan ketebalan 6,0 mm (AL1); 20 mm (AL2); dan 10, 20, 30, 33, dan 40 mm (AL3).

12

13 DASAR TEORI I Shock Wave Tekanan yang dihasilkan untuk 2 material yang bertumbukan dimana Us adalah kecepatan shock Up adalah kecepatan partikel

14 DASAR TEORI I Shock Wave EOS untuk 2 material Dimana C adalah sound velocity pada saat zero pressure, S adalah parameter empiris Sehingga persamaan tekanan menjadi:

15 DASAR TEORI I Shock Wave Jika diasumsikan P1 = P2, maka persamaan menjadi Didapatkan akar persamaan : dimana

16 DASAR TEORI I Johnson-Cook e p = effective plastic strain e * p = normalized effective plastic strain rate T H = homologous temperature = (T - T room ) / (T melt - T room ) kelima konstanta material adalah A, B, C, n dan m.

17 DASAR TEORI I Johnson-Cook Failure Dimana D adalah fracture strain constant

18 DASAR TEORI I Hex-Dominan Elemen Hex-Dominan digunakan untuk memodelkan pelat. Pembatasan serta asumsi yang dimiliki oleh elemen ini adalah : Elemen ini menggunakan metode meshing yang tidak terstruktur. Elemen dengan struktur solid yang dimodelkan harus mempunyai volume, sehingga terbentuk dalam 3 dimensi. Elemen Hex-Dominan ini lebih cocok untuk benda yang memiliki volume limas, prisma dan sejenisnya.

19

20 METODOLOGI I Secara garis besar langkah-langkah penelitian terdiri dari tahap-tahap sebagai berikut: Study literatur Membuat modeling finite elemen berbasis eksplisit (Ansys Autodyn). Analisa deformasi pada setiap pembebanan. Menarik kesimpulan mengenai hasil analisa yang dilakukan

21 METODOLOGI I Flowchart

22 METODOLOGI I Membangun Simulasi Pada proses simulasi impact load ini akan digunakan alat bantu software finite element analysis (FEA), yaitu ANSYS Workbench Autodyn.

23 METODOLOGI I Flowchart Simulasi Start A Perancangan Geometri Penentuan Boundary Condition Meshing Model Input Material dan Properties Material Penentuan Initial Condition Plot Result Kontur tegangan dan Dimensi Lubang Selesai A

24 METODOLOGI I Perancangan Geometri Model yang digunakan untuk analisa ini terdiri dari proyektil peluru dan pelat. Untuk membuat model proyektil dan pelat.

25 METODOLOGI I Meshing Proses meshing adalah pembagian model menjadi elemen-elemen. Metode yang digunakan untuk meshing pelat adalah hex-dominan.

26 METODOLOGI I Material Model

27 METODOLOGI I Material Model EOS Models EOS (equation of state) model adalah sebuah persamaan yang menggambarkan respon hidrodinamik dari suatu material. Respon utama untuk material solid pada tingkat deformasi tinggi, yaitu bila tekanan hidrodinamika jauh lebih besar daripada tegangan luluh material.

28 METODOLOGI I Material Model Strength Models Material solid awalnya mungkin akan memiliki respon elastis. Akan tetapi di bawah beban shock ekstrim, material akan mencapai kondisi stress yang melebihi tegangan luluh dan berubah bentuk secara plastis. Persamaan Material strength menggambarkan respon elaso-plastik non-linear.

29 METODOLOGI I Material Model Failure Models Material solid pada umumnya gagal pada kondisi beban ekstrim, sehingga material hancur atau retak. Material failure models mensimulasikan berbagai cara di mana material gagal.

30 METODOLOGI I Initial Condition inti proyektil (inner) dan selimut proyektil (outer) dengan kondisi awal memiliki kecepatan tertentu

31 METODOLOGI I Boundary Condition Boundary Condition adalah penentuan batasan yang akan digunakan dalam analisa ini.

32 METODOLOGI I Pengolahan Data variabel tetap adalah jenis material, ukuran proyektil dan tebal pelat. variabel yang berubah adalah kecepatan proyektil. Dari variabel yang berubah diatas, maka dilakukan plotting terhadap hasil yang didapatkan, yaitu residual velocity yang terjadi dan besar deformasi yang dihasilkan.

33

34 Proyektil (pemberi impact) : Material : Hardened Arne Tool Steel Density (p) : 7,87 gram/cm 3 Massa Pelat (target) : : 250 gram EOS SHOCK Strength Johnson-Cook Failure Johnson-Cook Ref. Density 7,85 gram/cm3 Shear Modulus, G 75,19 GPa Damage Constant, D1 0,0705 Gruneisen Coeff 2,17 Yield Stress 490 MPa Damage Constant, D2 11,732 C m/s Hardening Const 807 Mpa Damage Constant, D3-0,54 S1 1,49 Hardening Expnt 0,73 Damage Constant, D4-0,00123 Ref Temp. 293 K Strain Rate Constant 0,012 Damage Constant, D5 0 Specific Ht 452 J/kgK Thermal softening Exponent 0,94 Melting Temp 1800 K Thermal Conductivity 45 J/mKs Melting Temp 1800 K Ref Strain Rate 5 x 10-4 Ref Strain Rate 5 x 10-4

35 no. Initial Velocity Residual Velocity no. Initial Velocity Residual Velocity

36 no. Initial Velocity Eksperimen Residual Velocity Simulasi

37 Tanpa lubang no. Initial Velocity (m/s) Deformasi Simulasi (mm) Eksperimen (mm) Perbedaan (%)

38 Tanpa lubang

39 no. Initial Velocity Deformasi Hasil Eksperimen (mm) Deformasi Hasil Simulasi (mm) (m/s) Diameter Muka Diameter Belakang Diameter Muka Diameter Belakang

40 Lubang no. Initial Velocity Residual Velocity Eksperimen Simulasi Perbedaan (%)

41 KESIMPULAN Nilai Balistik limit yang terjadi pada eksperimen adalah sebesar 184,8 m/s. Nilai Balistik limit yang terjadi pada simulasi adalah sebesar 285,4 m/s. Deformasi akan lebih besar karena akibat adanya spin. Pola residual velocity yang terjadi pada proyektil cenderung mengalami kenaikan seiring dengan naiknya initial velocity. Kecepatan maksimum agar proyektil tidak mampu menembus pelat, maka proyektil harus memiliki kec. Maksimal sebesar 184,8 m/s.

42 SARAN Disarankan untuk penelitian selanjutnya dengan teknik serta metode yang sama, menggunakan pengaruh spin untuk mengetahui keakuratan metode yang dilakukan. Untuk penelitian selanjutnya, disarankan melakukan penelitian dengan objek yang sesuai dengan kondisi yang ada, seperti material pelat dan jenis proyektil.

43 DAFTAR PUSATAKA [1] Robert C.Juvinall Engineering Consideration of Stress, Strain, and Strength. New York.McGraw-Hill Book Company. [2] F. I. Grace Shock-Wave and High-Strain Rate Phenomena in Materials, eds. M. A. Meyers, L. E. Murr, and K. P. Staudhmmer, Dekker, New York. [3] T. Børvik, M. Langseth, O.S. Hopperstad, K.A. Malo Ballistic penetration of steel plates. Norwegian Defence Construction Service & Department of Structural Engineering, Norwegian University of Science and Technology, Norway. [4] N.K. Gupta and V. Madhu An Eexperimental Study of Normal and Oblique Impact of Hard-Core Projectile on Single and Layered Plates. Department of Applied Mechanics, Indian Institute of Technology & Defence Metallurgical Research Laboratory, India. [5] G. G. Corbett, S. R. Reid and W. Johnson Impact Loading of Plates and SHELLS by Free-Flying Projectile: A Review. Department of Engineering University of Aberdeen & Department of Mechanical Engineering, U.K. [6] Century Dynamics ANSYS AUTODYN Explicit Software for Nonlinear Dynamics Theory Manual, Revision 11.0.

44