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

(1)

Dosen Pembimbing

Dr. Ir. Agus Sigit Pramono, DEA.

ANALISA BALISTIK IMPACT DENGAN VARIASI KECEPATAN

AWAL PROYEKTIL MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA

Andi Rizkiawan NRP 2106 100 124 TUGAS AKHIR

(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)

 _{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)

 _{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)

 _{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)

Dengan penelitian yang dilakukan diharapkan

 Untuk pelat (target) dirancang agar mampu menahan beban impact  Untuk Proyektil dirancang agar mampu menembus target

(8)

(9)

melakukan pengujian dengan menggunakan gas gun sebagai pelontar proyektil (massa, diameter, dan panjang sebesar 197 gram, 20 mm, dan 80 mm)

TINJAUAN PUSTAKA

I

T. Børvik, M. Langseth, O.S. Hopperstad, dan K.A. Malo

(10)

W. Goldsmith dan S.A. Finnegan

TINJAUAN PUSTAKA

I

Melakukan pengujian balistik impact terhadap pelat alumunium dan baja ringan dengan kecepatan 150 – 2700 m/s

(11)

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)

Tekanan yang dihasilkan untuk 2 material yang bertumbukan dimana Us adalah kecepatan shock Up adalah kecepatan partikel

(14)

EOS untuk 2 material

Dimana C adalah sound velocity pada saat zero pressure, S adalah parameter empiris

Sehingga persamaan tekanan menjadi:

(15)

Jika diasumsikan P1 = P2 , maka persamaan menjadi

Didapatkan akar persamaan :

dimana

(16)

 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)

 Dimana D adalah fracture strain constant

(18)

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)

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)

(22)

Pada proses simulasi impact load ini akan digunakan alat bantu “software finite element analysis (FEA)”, yaitu ANSYS Workbench Autodyn.

(23)

Start

Perancangan Geometri

Input Material dan Properties Material

Meshing Model

Penentuan Initial Condition

A

METODOLOGI

I Flowchart Simulasi

Plot Result

Selesai

Penentuan Boundary Condition

Kontur tegangan dan Dimensi Lubang

(24)

Model yang digunakan untuk analisa ini terdiri dari proyektil peluru dan pelat.

 Untuk membuat model

proyektil dan pelat.

(25)

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

(26)

(27)

 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)

 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)

 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)

inti proyektil (inner) dan selimut proyektil (outer) dengan kondisi awal memiliki kecepatan tertentu

(31)

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

(32)

 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/cm3

 Massa : 250 gram

 Pelat (target) :

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

C1 4569 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

(35)

no. Initial Velocity Residual Velocity no. Initial Velocity Residual Velocity 1 173.7 0 8 199.1 67.3 2 177.3 0 9 200.4 71.4 3 179.4 0 10 224.7 113.7 4 181.5 0 11 244.2 132.6 5 184.8 0 12 285.4 181.1 6 188.8 43.2 13 303.5 199.7 7 189.6 43.7

(36)

no. Initial Velocity Residual Velocity Eksperimen Simulasi 1 173.7 0 0 2 177.3 0 0 3 179.4 0 0 4 181.5 0 0 5 184.8 0 0 6 188.8 43.2 0 7 189.6 43.7 0 8 199.1 67.3 0 9 200.4 71.4 0 10 224.7 113.7 0 11 244.2 132.6 0 12 285.4 181.1 175 13 303.5 199.7 196

(37)

Tanpa lubang Simulasi (mm) Eksperimen (mm) 1 173.7 2.9625 2.93 1.109215017 2 177.3 3.045 2.95 3.220338983 3 179.4 2.9525 2.81 5.071174377 4 181.5 2.9525 2.92 1.113013699 5 184.8 2.81 2.56 9.765625

(38)

(39)

Initial Velocity

(m/s) Diameter Muka Diameter Belakang Diameter Muka Diameter Belakang

1 173.7 20.19 - 20.08 -2 177.3 20.21 - 20.005 -3 179.4 20.14 - 20 -4 181.5 20.21 - 20.1 -5 184.8 20.2 - 19.91 -6 188.8 20.36 20.68 20.45 -7 189.6 20.4 20.63 19.855 -8 199.1 20.28 20.65 19.855 -9 200.4 20.35 20.88 19.855 -10 224.7 20.56 20.72 20.12 -11 244.2 20.42 21.18 20.4 -12 285.4 20.59 20.75 20.38 20.9 13 303.5 20.65 20.93 20.475 21 no. Deformasi Hasil Eksperimen (mm) Deformasi Hasil Simulasi (mm)

(40)

Lubang

Eksperimen Simulasi

1 285.4 181.1 175 3.485714286

2 303.5 199.7 196 1.887755102

(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. 1967. Engineering Consideration of Stress, Strain, and

Strength. New York.McGraw-Hill Book Company.

[2] F. I. Grace. 1992. 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. 1999. 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. 1997. 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. 1995. 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. 2005. ANSYS®_AUTODYN®_{Explicit Software for} Nonlinear Dynamics Theory Manual, Revision 11.0.

(44)