tugas akhir Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 2012

Transkripsi

1 tugas akhir Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 2012

2 Latar Belakang suasana yang tidak kondusif membutuhkan tindakan protektif lebih ditingkatkan

3 Dibutuhkan material pelindung tahan beban balistik Para ksatria menggunakan baju baja untuk melindungi dari pedang dan panah

4 Mobil yang digunakan presiden Obama

5 Standart pengujian balistik impact untuk jaket anti peluru menggunakan standart NIJ (National Institute of Justice)

6 Uji balistik impact Tugas Akhir

7 Perumusan Masalah Beban impact yang sangat besar akan mengakibatkan deformasi secara plastis. Pengujian langsung pada pelat sangat sulit karena kondisi yang kompleks sehingga membutuhkan waktu yang lama serta peralatan yang memadai. Dengan kondisi tersebut pada tugas akhir ini, dilakukan simulasi dengan menggunakan software ANSYS Autodyn

8 Tujuan Menganalisa residual velocity akibat beban impact dari proyektil yang dihasilkan dari variasi kecepatan proyektil. Menganalisa besar deformasi yang dihasilkan dari proyektil dengan bentuk ogive nose, hemispherical nose dan conical nose.

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

10 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.

11 Manfaat Dilakukannya penelitian ini diharapkan Untuk pelat (target) dirancang agar mampu menahan beban impact. Untuk proyektil dirancang mampu menembus target.

12 Tinjauan pustaka 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)

13 Eksperimental set-up Pelontar menngunakan gas gun 200 bar. Panjang barel 10 m diameter 50 mm berada pada ruang impact seluas 16 m 3. Gas gun mampu meluncurkan 250 g proyektil dengan kecepatan maksimal1000 m/s. Pengukuran kecepatan diukur 2 m sebelum menabrak.

14 Contoh gambar peralatan uji balistik impact

15 Andi Rizkiawan Melakukan penelitian pada balistik impact menggunakan proyektil dengan bentuk blunt-nose shape (silinder ujung permukaan datar) memferivikasikan jurnal dan simulasi finite element dan hasilnya memuaskan. No V (m/s) Residual Velocity (m/s) Deformasi (mm) Eksperimen Simulasi Eksperimen Simulasi

16 Dasar Teori Shock wave Ketika bertumbukan kedua material mengalami tekanan yang sama P1=P2 Dari persamaan kekekalan momentum ketika benda bertumbukan didapat dimana Us=kecepatan shock Up=kecepatan partikel

17 EOS untuk kedua material Sehingga prsamaan menjadi dimana C = sound velocity pada saat zero pressure S = parameter empiris Kedua persamaan diatas disubtitusikan menjadi

18 Maka akar persamaan didapat Dimana Karena target dan proyektil mempunyai material yang sama, maka

19 Johnson-cook Teori mewakili perilaku kekuatan bahan dengan mendefinisikan tegangan yield Dimana strain strain rate temperature = effective plastic strain = 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

20 Johnson-cook failure Dimana D1-D5 adalah fracture strain constan

21 Metodologi Penelitian Sacara 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

22 start Studi Literatur dan Pengumpulan Data yang Dibutuhkan Pemodelan dan Verifikasi Model Penerapan Variasi dan Simulasi Impact Plotting Hasil Simulasi Tidak Hasil Sesuai Ya Analisa Hasil Simulasi Kesimpulan Selesai

23

24 No V (m/s) Residual Velocity (m/s) Deformasi ogive hemispherical conical ogive hemispherical conical

25 Membangun Simulasi Pada proses simulasi impact load ini akan digunakan alat bantu software finite element analysis (FEA) yaitu ANSYS Workbench Autodyn

26 Perancangan geometri Model yang digunakan untuk analisa ini terdiri dari proyektil dan pelat target. Disamping merupakan contoh pembuatan goemetri pelat target.

27 Proses meshing Pada proses ini membagi model menjadi elemenelemen. Metode yang digunakan untuk meshing pelat adalah hexdominan

28 Material model Properties material pelat target Material Weldox 460 E steel Reference Density (g/cm 3 ) 7.85 EOS Shock Gruneisen Coeff 2.17 C1 (m/s) 4569 S Ref. Temp (K) 293 Specific Ht (J/kgK) 452 Thermal Conductivity ( J/mKs) 45 Strength Johnson-Cook Shear Modulus, G (GPa) Yield Stress (MPa) 490 Hardening Const (Mpa) 807 Hardening Expnt 0.73 Strain Rate Constant Thermal softening Exponent 0.94 Melting Temp (K) 1800 Ref Strain Rate 5 x 10-4

29 Failure Johnson-Cook Damage Constant, D Damage Constant, D Damage Constant, D Damage Constant, D Damage Constant, D5 0 Melting Temp (K) 1800 Ref Strain Rate 5 x 10-4

30 Proyektil menggunakan material Arne tool steel Massa : 197 g Diameter : 20 mm Panjang : 80 mm Young s modulus E p = Mpa Poisson s ratio v p = 0,33

31 Initial condition Digunakan untuk mengatur kecepatan pada proyektil

32 Boundary condition Pengaturan untuk batasan pada pelat dimana pada setiap tepi sisi luar pelat tidak bergerak (dijepit) Ploting boundary condition

33 Pengolahan data Hasil simulasi akan menunjukkan rangkaian kejadian impact pada cycle dan waktu tertentu serta beberapa parameter lainnya yang diamati. Setelah didapatkan hasil simulasi, maka akan dilakukan pengolahan hasil berupa plotting grafik velocity-time hasil simulasi yang telah terekam. Grafik yang didapat kemudian dibandingkan.

34 Hasil Simulasi Setelah melakukan simulasi dengan variasi bentuk ujung proyektil dan kecepatan awal yang diberikan, maka didapatkan profil perjalanan proyektil sebagai berikut : Conical-nose (0 ms) (0.042 ms) (0.082 ms) (0.149 ms)

35 Ogive-nose (0 ms) (0.432 ms) ( ms) ( ms)

36 Hemispherical-nose (0ms) ( ms) ( ms) (0.158 ms)

37

38 Cara Pengambilan Data Data yang didapatkan dilihat pada grafik kecepatan.

39 Untuk proyektil yang tidak dapat menembus target

40 Tabel Hasil Simulasi No Initial Velocity Kedalaman Penetrasi (mm) ogive-nose Residual Velocity (m/s) ogive-nose conicalnose hemisphericalnose conicalnose hemisphericalnose _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

41 Data Eksperimen (a) Blunt-nose (b) Hemispherical-nose (c) Conical-nose

42 Hasil Eksperimen Blunt-nose no initial velocity residual velocity (m/s) (m/s) hemispherical-nose no initial velocity residual (m/s) velocity (m/s) Conical-nose no initial velocity (m/s) residual velocity (m/s)

43 Grafik hasil simulasi Kedalaman Penetrasi Kedalaman (mm) Initial velocity (m/s) conical ogive

44 Grafik Hasil Simulasi 350 Residual Velocity 300 residual velocity (m/s) hemispherical conical ogive initial velocity (m/s)

45 Grafik Hasil Eksperimen 350 Grafik hasil eksperimen rsidual velocity (m/s) blunt hemispherical conical initial velocity (m/s)

46 Perbandingan Residual Velocity Proyektil Error yang terjadi pada simulasi bentuk hemispherical-nose Initial velocity (m/s) Residual velocity (m/s) eksperimen simulasi Error (%) Profil penetrasi pada eksperimen & simulasi Hasil grafik residual velocity yang didapat

47 Perbandingan Residual Velocity Proyektil Error yang terjadi pada simulasi bentuk Conical-nose Initial velocity (m/s) Residual velocity (m/s) eksperimen simulasi Error (%) Profil penetrasi pada eksperimen & simulasi Hasil grafik residual velocity yang didapat

48 Analisa Hasil Dari tabel dapat dilihat peningkatan yang terjadi pada penambahan kecepatan awal initial velocity peningkatan kedalaman penetrasi(%) conical ogive Kedalaman penetrasi prosentase kenaikan (%) conical ogive Total

49 Analisa Hasil Dari tabel dapat dilihat peningkatan yang terjadi pada penambahan kecepatan awal peningkatan residual velocity(%) initial velocity conical ogive hemispherical residual velocity prosentase residual velocity (%) conical ogive hemispherical Total

50 Kesimpulan Setelah melakukan rangkaian simulasi, pengolahan data, dan analisa maka dapat ditarik kesimpulan sebagi barikut : Analisa simulasi dengan initial velocity dibawah 400 m/s menunjukkan bahwa proyektil dengan bentuk ogive-nose memiliki efisiensi penembusan pelat target lebih baik dibandingkan dengan bentuk conical-nose dan hemisphericalnose. Bentuk proyektil ogive-nose memiliki kemampuan untuk melakukan kedalaman penetrasi lebih baik dibandingkan dengan bentuk proyektil conical-nose. Kedalaman penetrasi kedua bentuk proyektil tersebut mengalami kenaikan seiring dengan naiknya kecepatan awal yang diberikan.

51 Sekian terima kasih Mohon saran dan kritik guna kesempurnaan