Pengembangan Metode Prediksi Propertis Material Berdasarkan Model Elemen Hingga Indentor Ganda (Dual Indenter) Sebagai Dasar Evaluasi Deformasi Sambungan Las Titik.

2014

J U RU SAN T EK N I K M ESI N

FAK U LTAS T EK N I K

U N I V ERSI TAS H ASAN U DDI N

PROSIDING

SEMINAR NASIONAL

REKAYASA MATERIAL,

SISTEM MANUFAKTUR

DAN ENERGI

Page i

PROSIDING SEMINAR NASIONAL

REKAYASA MATERIAL, SISTEM

MANUFAKTUR DAN ENERGI

Makassar-Gowa, 24-25 September, 2014

Kampus II Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin, Jl. Poros Malino No 72, Gowa, Sulawesi Selatan, Indonesia

Editor :

• Rafiuddin Syam, PhD – Hasanuddin University—Indonesia

Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi

Page ii

PROSIDING SEMINAR NASIONAL REKAYASA

MATERIAL, SISTEM MANUFAKTUR DAN ENERGI

ISBN: 978-602-71380-0-1

© 2014 Progam Studi Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin

Dilarang keras mengutip, menjiplak atau memfotokopi baik sebagian maupun seluruh isi buku ini serta memperjualbelikannya tanpa mendapat izin tertulis dari Penerbit Progam Studi Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin. Permintaan dan pertanyaan tentang reproduksi dan hak kekayaan intelektual dialamatkan ke Rafiuddin Syam, PhD email:rafiuddinsyam@gmail.com

Kekayaan intelektual dari setiap jurnal yang ada dalam prosiding ini tetap berada di tangan penulis seperti yang tercantum pada jurnal terebut.

Penerbit oleh :

Progam Studi Magister Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin

Jl. P. Kemerdekaan Km 10 Makassar

Sulawesi Selatan, Indonesia 90221

Telp/Fax : (0411) 586015

Page v

Tim Editor

Ketua Editor Rafiuddin Syam, PhD

Editorial Board Prof. Satrio Soemantri Brodjonegora-ITB-Indonesia

Prof. Dadang A Suryamiharja– Hasanuddin University-Indonesia Prof. Dr.Ir. Mursalim-Hasanuddin University-Indonesia Prof.Ir. Jamasri, M.Eng, PhD—UGM-Indonesia

Prof. Syukri Himran – Hasanuddin University-Indonesia Prof. Dr.-Ing Nandy Setiadi Djaya Putra-UI-Indonesia Prof.Dr. Saleh Pallu – Hasanuddin University-Indonesia

Prof. Dr.H.Hammada Abbas – Hasanuddin University-Indonesia Prof. Effendi Arief– Hasanuddin University-Indonesia

Prof.Dr. Syamsul Arifin– Hasanuddin University-Indonesia Dr.-Ing Wahyu H Piarah— Hasanuddin University-Indonesia

Dr. Johannes Leonard – Hasanuddin University-Indonesia Dr. Zahir Zainuddin – Hasanuddin University-Indonesia

Dr.-Ing Ir. Wahyu H. Piarah, MSME--Hasanuddin University-Indonesia

Prof. Dr. Ir. Salama Manjang, MSEE--Hasanuddin University-Indonesia Prof.Dr. Ir. Jusuf Siahaya, MSME--Hasanuddin University-Indonesia

Editors Dr.Ir. Abdul Hay,MT --Hasanuddin University-Indonesia Dr.Eng Armin Lawi, MSc--Hasanuddin University-Indonesia Dr.Ir. Zuryati Djafar, MT--Hasanuddin University-Indonesia

Dr. Jalaluddin, ST,MT--Hasanuddin University-Indonesia Dr. A. Erwin Ekaputra, ST,MT--Hasanuddin University-Indonesia Dr. Rustan Taraka, ST, MT--Hasanuddin University-Indonesia Dr. Adi Tonggiroh, MT--Hasanuddin University-Indonesia

Dr.phil.nat. Sri Widodo, ST. MT. --Hasanuddin University-Indonesia Dr.Eng. Rudi Djamaluddin, M.Eng--Hasanuddin University-Indonesia Dr. Eng Nasruddin Junus, MT--Hasanuddin University-Indonesia

Dr. Ir. Johannes Leaonard--Hasanuddin University-Indonesia Dr. Dipl-Ing Ganding Sitepu--Hasanuddin University-Indonesia Dr. Ir. Rhiza S. Sajjad, MSEE--Hasanuddin University-Indonesia

Dr. Ir. Ilyas Palentei, MSEE--Hasanuddin University-Indonesia Dr. Indrabayu, ST,MT.M.Bus.Syst--Hasanuddin University-Indonesia Dr.Eng Wardi, MEng--Hasanuddin University-Indonesia

Dr.Eng Mukhsan Putra Hatta--Hasanuddin University-Indonesia

Dr.Eng. Ihsan, MT--Hasanuddin University-Indonesia Dr. Mukti Ali, MT--Hasanuddin University-Indonesia

Dr. Andi Haris Muhammad, MT--Hasanuddin University-Indonesia

Dr. Faisal, M.Eng--Hasanuddin University-Indonesia

Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi

Page vi

Panitia Pelaksana

Pelindung:

•

Rektor Universitas Hasanuddin

Penasihat:

•

Direktur Pascasarjana Unhas

•

Dekan Fakultas Teknik Unhas

Penanggung Jawab:

•

Ketua Jurusan Mesin Unhas

•

Ketua Program Studi Magister Mesin Unhas

Ketua Umum : Rafiuddin Syam, PhD

Wakil Ketua : Jumadil, ST

Anggota:

Arham Hamid, SE

Munawar, ST

Ratnawati, ST

Laode Asman, ST, MT

Mustari, ST, MT

Yunus, ST

Sallolo Suluh, ST, MT

Alfian Djafar, ST

Budi Jaelani, S.Pd

Dedy Harianto, ST, MT

Nurfuadah,ST, MT

Abdul Halik, ST

Sarman, ST

Irdam, ST, MT

Harfan, ST

Muh Syahrul, ST

Muh Alfian, ST

Sulfan Suardi. ST

Kamaruddin, ST

Noeryadin, ST

Jamaluddin, ST

Doddy Suanggana, ST, MT

Karel Tikupadang, ST

Secretariat Journal Room, Faculty of Engineering, Hsanuddin University email:issmm14@gmail.com

Page vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i

KATA PENGANTAR iii

SAMBUTAN DEKAN FAKULTAS TEKNIK UNHAS iv

TIM EDITOR v

PANITIA PELAKSANA vi

DAFTAR ISI vii

REKAYASA MATERIAL

01. Penerapan Metode Elemen Hingga dalam Analisis Pengaruh Persentase Filler terhadap Getaran Balok Komposit Serbuk Kayu Jati dan Bayam

OlehM. Ahadyat Z dan Hammada Abbas

I-1

02. Analisa Eksperimen Daerah Penyekatan Pada Proses Karburasi Setempat Terhadap Nilai Kekerasan Baja Karbon

OlehAndri Yono dan Johannes Leonard

I-9

03. Distribusi Kekerasan Baja Karbon Rendah Setelah Pack Carburizing Pack Carburizing dengan Variasi Media Carburizing dan Media Pendingin OlehDewa Ngakan Ketut Putra Negara dan Dewa Made Krishna Muku

I-17

04. Pengaruh Pendinginan Air Mengalir Pada Proses Kuens Terhadap Kekuatan Tarik, Kekerasan dan Struktur Mikro Baja AISI 1045

OlehEnos Tambing dan Johannes Leonard

I-21

05. Efek Tekanan Kompaksi Dan Temperatur Sinter Terhadap Nilai Induksi Magnetik Hasil Metalurgi Serbuk

OlehHairul Arsyad

I-29

06. Pengaruh Parameter Pemotongan (Feeding, Cutting Speed, Depth of Cut) Terhadap Konsumsi Energi Pada Permesinan Bubut

OlehHamka Munir, Johannes Leonard dan Rafiuddin Syam

I-33

07. Pengaruh Putaran dan Temperatur Terhadap Kekuatan Sambungan Las HasilFriction Welding Antara Baja AISI 1045 dengan Baja Tahan Karat AISI 316L

OlehHoppy Istiawan, Abdul Hay Muchsin dan Hammada Abbas

I-38

08. Efek Perlakuan Forging danTemperatur Anil terhadap Kekerasan dan Frekuensi Natural pada Bilah Perunggu 80%Cu-20%Sn

OlehI Ketut Gede Sugita dan Istri Putri Kusuma Kencanawati

I-44

09. Analisis Kekuatan Impact Dan Mode Patahan Komposit Serat Tapis Kelapa

OlehI Made Astika dan I Gusti Komang Dwijana I-48

10. Pengembangan Metode Prediksi Propertis Material Berdasarkan Model Elemen Hingga Indentor Ganda (Dual Indenter) Sebagai Dasar Evaluasi Deformasi Sambungan Las Titik

OlehI Nyoman Budiarsa

I-52

11. Sifat Tarik Komposit Epoxy Berpenguat Serat Sisal Pada Fraksi Volume Yang Berbeda

Oleh I Putu Lokantara dan I Wayan Surata I-57 12. Analisis Kekuatan Struktur Komposit Benang Rami Hand SpinningDengan Matriks Thermoplastic High

Density Polyethylene (HDPE)

OlehLies Banowati, Aulia Lazuardi Muhammad, Bambang K. Hadi dan Rochim Suratman

I-60

13. Metode Elemen Hingga untuk Analisis Eksperimental dan Numerik Pengaruh Variasi Arah Serat terhadap Getaran Balok Komposit Serat Abaca dan Ijuk Bermatriks Epoksi

OlehNanang Endriatno dan Hammada Abbas

Sekretariat:

Kampus Unhas Tamalanrea Gedung POMD Lantai 3, Ruang Program Studi Magister Mesin, Fakultas Teknik Unhas

Jl P. Kemerdekaan Km 10 Makassar, Sulawesi Selatan Homepage :siaka.unhas.ac.id/snmme

Rekayasa Material I-52

Pengembangan Metode Prediksi Propertis Material

Berdasarkan Model Elemen Hingga Indentor Ganda

(Dual Indenter) Sebagai Dasar Evaluasi Deformasi

Sambungan Las Titik

I Nyoman Budiarsa

Jurusan Teknik Mesin. Universitas Udayana Bali. Indonesia

nyoman.budiarsa@me.unud.ac.id

Abstrak—Dalam proses karakterisasi sifat material, parameter bahan elastis-plastik dan parameter fraktur (fracture parameters) bahan dapat dengan mudah ditentukan saat spesimen standar tersedia. Namun untuk permasalahan hasil sambungan las titik (spot welding), pengujian standar tidak berlaku untuk mengkarakterisasi HAZ dan nugget karena struktur yang kompleks dan ukuran kecil. Dalam rangka hal tersebut, pada penelitian ini model elemen hingga (Finite Element) indentor tajam (Vickers indentation) dan indentor tumpul (Spherical indentation) dikembangkan. Pengaruh beberapa parameter pemodelan kunci seperti sensitivitas mesh, ukuran sampel dan kondisi batas (boundary conditions) dievaluasi. Tiga metode pemodelan inverse yaitu analisis dimensi, 3D mapping dan dual indenter chart approach telah diusulkan. Validitas dan akurasi dari masing-masing pendekatan dalam memprediksi sifat material secara sistematis dievaluasi dengan menggunakan kurva indentasi numerik yang berpotensi digunakan untuk mengkarakterisasi sifat material berbasis metode indentor ganda (dual indenter). Konsep dan metode yang dikembangkan ini sangat berguna digunakan untuk menguji welding zones yang berbeda dan parameter material, dimana hasil prediksi yang diperoleh akan digunakan untuk mensimulasikan deformasi sambungan las titik (spot welding) pada kondisi beban yang kompleks.

Kata Kunci---Model elemen hingga, Vickers, Spherical indentation, Dual indenter

I. PENDAHULUAN

Proses penyambungan pada alas titik (Spot welding) melibatkan proses termal, metalurgi dan mekanik proses, yang menghasilkan struktur campuran baik sifat maupun fasenya. Ada tiga wilayah utama yang berbeda yang dihasilkan yaitu: bahan dasar, nugget dan daerah keterpengaruhan panas (HAZ). Nugget hasil las terdiri dari fase martensit dan bainitik [1]. Sedangkan daerah di sekitar nugget yang mengalami keterpengaruhan panas (HAZ), memiliki mikrostruktur yang terdiri dari martensit, bainit, ferit dan perlit. Nugget ini jauh lebih sulit daripada bahan dasar karena efek pendinginan, sedangkan HAZ memiliki gradien sifat mekanik struktur campuran dengan kekuatan menurun dari struktur nugget ke logam induk. Dalam banyak kasus, kegagalan las titik cenderung terjadi di sekitar daerah las, khususnya di sekitar zona yang terkena panas (HAZ)[2]. Banyak penelitian telah

dilakukan untuk meningkatkan pemahaman di tempat sambungan las sebagai interaksi antara fenomena listrik, termal, metalurgi dan mekanik. Suatu bidang penelitian yang masih aktif adalah pada prediksi dimensi tempat sambungan las dengan mensimulasikan proses pengelasan dengan pemodelan elemen hingga[3]. Bidang penelitian aktif lain yaitu pada studi mikrostruktur. Model mikro harus mempertimbangkan sifat termo-fisik bahan dalam rangka untuk menggambarkan transformasi fasa selama pemanasan dan pendinginan tahap. Penelitian dan pengembangan diperlukan untuk menghasilkan beberapa model yang mampu menggambarkan pembentukan simultan serta memungkinkan untuk memprediksi perkembangan mikro dan transformasi selama proses pengelasan spot, dan juga untuk mengetahui karakteristik dan perilaku bahan, berkaitan dengan kondisi beban yang diterapkan pada las titik

II. EKSPERIMENTAL

Dua spesimen dengan bahan dan ketebalan yang berbeda (Stainless steel dan Mild steel) digunakan dalam penelitian ini. Komposisi kimia dari dua baja logam induk seperti yang tercantum dalam Tabel.1.

TABEL1.Komposisi kimia material spot welding test

Concen-tration

C Cr Ni Mn Si P S

Stainless Steel G304

<0.08% 17.5-20% 8-11% <2% <1% <0.045% <0.03%

Mild steel

0.14% 0.01% 0.01% 0.32% 0.03% 0.2% 0.05%

Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi

Rekayasa Material I-53 dapat diperoleh dan disimpan. Spesimen dilakukan uji tarik

dengan beban awal sekitar 50 N, dijepit dengan dua gasket untuk menghindari lentur selama pengujian. Uji tarik dilakukan pada loading rate 5 mm / menit. Untuk pengujian kekerasan Sampel Baja batang elips padat dengan diameter5 mm dan panjang 90 mm dan memiliki dudukan di tepi. Dua bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini mencakup Stainless steel dan spesimen Mild steel. Sampel uji kekerasan disiapkan sebagai disk dengan diameter5 mm, sampel yang disajikan dalam bentuk arah melintang (transverse direction) dan arah panjang (length direction). Spesimen dipersiapkan dalam resin menggunakan termoseting (Bakelite) dan dibersihkan (polishing) sebelum dilakukan pengujian kekerasan. Uji kekerasan Vickers dilakukan dengan menggunakan Duramin-1 Struers hardness Vickers. Mesin uji Duramin-1 Struers hardness Vickers menggunakan metode pembebanan langsung dengan berbagai beban dari 490.3 mN sampai 19.61 N. indentor memiliki bentuk piramida yang tepat

dengan dasar persegi dan sudut 136o antar sisi muka yang berlawanan.

III. MODELNUMERIK DAN HASIL

Model elemen hingga indentasi Vickers dirancang dengan menggunakan piranti komersial ABAQUS komersial. Dalam penelitian ini indentor Vickers disimulasikan berbentuk piramida dengan dasar persegi dan sudut 136oantara sisi muka yang berlawanan sepertiGambar 1(a). Hanya seperempat dari indentor dan bahan kolom disimulasikan sebagai akibat dari bangun indentor memiliki bentuk geometri simetris (symmetric geometry). Ukuran sampel dibuat lebih dari 10 kali dibandingkan kedalaman indentasi maksimal, yang cukup besar untuk menghindari efek ukuran sampel atau efek batas[4] Bagian dasar model dipertahankan tetap untuk semua derajat kebebasan (degree of freedom) dan memiliki bentuk simetris tetap dalam arah y dan x.

1(a) 1(b) 1(c)

Gambar 1(a).Model Elemen Hingga indentasi Vickers(b). Tipikal kontak antar muka dan ekspansi plastis selama loading dan unloading pada indentasi Vickers(c).Tipikal perbandingan hasil numerik dengan experimental data publikasi

2(a) 2(b) 2(c)

Gambar 2(a).Model Elemen Hingga indentasi Bulat (spherical) (b). Tipikal kontak antar muka dan ekspansi plastis selama loading dan unloading pada indentasi Bulat (c). tipikal perbandingan antara Gaya (force)-hasil kedalaman indentasi (h) hasil simulasi model FE sesuai dengan solusi analisis dengan data properties materials yang dikenal untuk indentasi bahan elastis linear

Jenis elemen yang digunakan adalah C3D8R (reduced integration element used in stress/ displacement analysis). Kontak didefinisikan pada antar muka(interface) indentor dan spesimen (Gbr.1(b)) dengan koefisien gesekan 0.2. Model FE (finite element) uji indentasi Vickers diverifikasi dengan membandingkan hasil numerik dari penelitian ini dengan beberapa model dari hasil eksperimen yang telah

[image:9.612.59.554.275.419.2] [image:9.612.62.555.451.597.2]

Rekayasa Material I-54 Gambar 2(a). menunjukkan model FE Indentasi bulat

(spherical). Model 2-D simetris aksial digunakan untuk memodelkan keadaan simetri dari indentor bola. Indentor tersebut diasumsikan kaku (rigid) jauh lebih solid dibandingkan dengan bahan indentor indentasi. Elemen penyusunnya adalah simetris: CAX4R dan CAX3 (4-node bilinear asymmetric quadrilateral and 3-node linear asymmetric triangle element). Pergerakan indentor disimulasikan dengan menggusur busur kaku (rigid body) sepanjang sumbu Z. Dalam model ini, ukuran sampel dapat diubah untuk memastikan bahwa sampel jauh lebih besar daripada daerah radius / kontak indentor selama indentasi berlangsung, untuk menghindari potensi ukuran sampel dan efek batas [4]. Ketebalan dan lebar dari model yang digunakan adalah 3mm di kedua sisi. Inti model dipertahankan tetap dalam semua tingkat kebebasan (Degree Of Freedom) dan dibatasi oleh garis sentral simetris. Gambar 2(b). menunjukkan grafik ekspansi wilayah plastic selama indentasi bulat (spherical indentation) berlangsung. Gambar 2(c) menunjukkan tipikal perbandingan antara Gaya (force)-hasil kedalaman indentasi (h) hasil simulasi model FE sesuai dengan solusi analisis dengan data properties materials yang dikenal untuk indentasi bahan elastis linear. Seperti ditunjukkan dalam gambar, hasil FE menunjukkan kesepakatan yang baik dengan solusi analitis (analytical solution). Sampel material dasar (stainless steel dan mild steel ) dilakukan sebagai dog bone spesimen dan dengan

bentuk berlekuk (notched shape) Gambar 3(a). Uji tarik dilakukan dengan memuat spesimen dalam mesin dan mengencangkan pemegangan dengan pra-beban 200 N, dengan menggunakan tampilan digital pre-load di set ke nilai nol. Informasi tentang jenis spesimen bentuk dan materi diberikan kepada mesin melalui unit kontrol komputer dan kecepatan dilakukan pada tingkat 5mm / min. Hasil percobaan uji kekuatan tarik digunakan untuk mendapatkan kurva tegangan-regangan untuk mendapatkan parameter bahan (yield stress, eksponen pengerasan regang, dan koefisien kekuatan). Perbandingan kurva gaya-perpindahan dari hasil eksperimen dan pemodelan FE digunakan untuk memvalidasi hasil pemodelan FE. Sebuah model simetris FE untuk sambungan las dua buah lembaran plat telah ditetapkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3(b) yang akan digunakan dalam pemodelan deformasi tarik geser Gambar 3(c)dan dampak deformasnya. Sifat material yang digunakan dalam model ini akan diprediksi oleh model terbalik FE. Sebuah tipe unsur C3D8R (a reduced-integration element used in stress/displacement analysis) digunakan. Karena simetri perpindahan y-arah pada bagian tengah (permukaan bawah) telah diset nol. Sisi kiri dari spesimen itu tetap (Ux, y, z) = 0

dan perpindahan (Ux) = L diterapkan pada akhir bergerak. Z

perpindahan pada bagian pertengahan ditetapkan ke nol. Dimensi dari zona las didasarkan pada data mikrohardness eksperimen dan observasi langsung. Semua zona ini diasumsikan memiliki properti elasto-plastik.

3(a) 3(b) 3(c)

Gambar 3(a).Model Elemen Hingga tensile test material dasar dalam bentuk dogbone dan notched shape sampel test (b). Tipikal model simetris FE untuk sambungan las dua buah lembaran plat dengan spot welding (c). Spesimen hasil pengujian sambungan las titik dengan variasi perbedaan bahan dasar (kombinasi stailess steel dan mild steel)

IV. METODE PREDIKSI SIFAT MATERIAL BERDASARKAN VICKERS DAN SPHERICAL INDENTASI

4.1.Kurva Curvature Indentasi

Kurva P-h untuk kedua indentasi yaitu Vickers dan Spherical memiliki hubungan berikut:

C = P/ h2………..… (1)

Dimana P dan beban dan kedalaman indentasi pada kurva beban masing-masing. Cv adalah koefisien curvature dengan kelengkungan untuk Vickers Indentasi dan indentor bola ditunjuk sebagai Cs dan Curvature adalah fungsi dari

Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi

Rekayasa Material I-55 adalah analisis dimensi normal di mana hubungan tersebut

dinormalisasi dari analisis berdimensi yang diterapkan. Dalam pendekatan ketiga, hubungan antara kelengkungan untuk kedua Vickers dan spherical dikembangkan kemudian digunakan grafik untuk memprediksi semua bahan set dengan kelengkungan yang sama. Hubungan ini digunakan untuk memprediksi set materi memiliki curvature indentasi sebenarnya

4.2.Pendekatan 3D- Mapping

Dalam pendekatan pemetaan 3D, data curvature diplotkan terhadap material propertis, yang persamaannya telah dikembangkan berdasarkan linear fitting atau nonlinear fitting, yang akan memberikan persamaan antara curvature (Cv,Cs) pengerasan kerja (n) dan yield stress (σy). Variasi curvature (Cv,Cs) terhadap n untuk Vickers indentor yang digambarkan oleh surface plot seperti Gambar 4. Data diperoleh secara numerik melalui analisis elemen hingga indentasi meliputi domain dari 100 sampai 300 MPa dan n bervariasi antara 0.01-0.5 Ini jelas menunjukkan bahwa koefisien curvature meningkat dengan meningkatnya n tetapi dengan gradien yang berbeda untuk daerah yang berbeda. Evaluasi dilakukan pada surface plot 3D pada proses loading kurva curvature dan sifat material, pendekatan ini dimulai dengan menetapkan nilai curvature dan sifat material sebagai pemetaan 3D linier fitting plane. Untuk setiap nilai curvature, ada sebuah susunan dari set properti material. Data ini diambil dan diplot seperti padaGambar 4. Properti materi ditetapkan pada titik persimpangan antara data untuk Vickers dan indentasi Spherical akan mewakili sifat material yang benar. Ketepatan pendekatan telah dinilai menggunakan rentang nilai awal. Evaluasi akurasi pada pendekatan menggunakan bagan 3D mapping yang dilaksanakan dengan mengambil input data terpilih dengan mengacak dan mewakili ruang sampel. Input data yang dipilih dengan 2 variasi nilai (n), yaitu n = 0.15 dan n = 0.28 (kisaran n = 0.01- 0.30) dan σy = 100, 140, 190 dan 300 MPa. Ketepatan studi pada pendekatan pemetaan 3D-Linier diketahui bahwa nilai rata-rata prediksi pembeda (n) terhadap n-input sebagai n = 0.056 - 0.069 dan rata-rata error akurasi adalah 0.1% baik prediksi (n) dari Vickers Indentasi maupun pada Indentasi bulat (spherical).

Gambar4.Tipikal surface mapping (non linier) yang memplot data loading curvature dan sifat material (materials properties)

Hal ini menunjukkan prediktor yang dipilih secara signifikan dapat diterima dalam batas tingkat kepercayaan kurang dari 0.5%. Sedangkan pada studi Akurasi pada pendekatan menggunakan pemetaan 3D-Non Linier (parabola) diketahui bahwa nilai rata-rata prediksi pembeda (n) terhadap n-input sebagai n = 0.059 - 0.061 dan error akurasi rata-rata adalah 0.22% baik prediksi (n) dari Vickers Indentasi dan Indentasi bulat. Hal ini menunjukkan prediktor yang dipilih secara signifikan dapat diterima dalam batas tingkat kepercayaan kurang dari 0.5%. Dengan Membandingkan dua pendekatan bagan pemetaan 3D, diketahui memiliki rata-rata kesalahan lebih kecil dibandingkan dengan prediksi menggunakan pemetaan 3D linear. Yaitu 0.1% dibandingkan dengan menggunakan non linear (parabola) 0.22%. Evaluasi ini menunjukkan bahwa pendekatan pemetaan 3D dapat berfungsi menilai prediktor koefisien pengerasan regang (n) dari kedua prediksi (n) dari Vickers Indentasi dan Indentasi bulat

4.3 Analisis Dimensional dan hasil

Dalam analisis dimensional, hubungan antara curvature vs sifat material dikembangkan berdasarkan analisis dimensional. untuk mempelajari mekanika kontak untuk diinstrumentasi indentasi normal. Pada Indentasi yang terjadi pada elasto plastic umumnya mengikuti hukum power (power law) dimana beban P dapat ditulis sebagai :[5]

P = P (h, E, v, Ei, vi, σy, n) (2)

Dimana E = modulus Young indentor, dan v = Poisson rasio. Dengan menggabungkan efek elastisitas sebuah indentor elastis dan elasto plastik solid dapat ditulis :

P = P(h, E*,σy, n) (3) Dimana

E*= (4)

Sebagai alternative persamaan (3) dapat di tulis sebagai

P = P (h, E*,σy ,σr) (5)

Dengan mengaplikasikan theorem dalam analisa dimensi persamaan (3) menjadi

P = (6)

Kemudian menjadi

C = (7)

Dimana 1 adalah fungsi dimensionless. Sehingga loading curvature C dapat ditulis sebagai:

C = (8)

Rekayasa Material I-56 terhadap σy atau σr. Dengan simulasi diketahui hubungan

antara normalisasi Cv Vs properties bahan dan hubungan antara normalisasi Cs Vs sifat bahan (pengerasan regangan eksponen (n) dan Yield stress (σy). Hal ini jelas menunjukkan bahwa semua data. curve fitting telah dilakukan dengan iterasi hubungan antara beban curvature indentasi dan bahan properti (σy, n) sebagai persamaan berikut.

Cv = σy¾ . 374.14. e3.197 n (9)

Demikian pula untuk Spherical indentation

Cs = σy¾ . 8011.9e1.984 n (10)

Dengan hubungan tersebut, untuk setiap kombinasi Cv dan Cs, dapat di tentukan berbagai data material seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Titik persimpangan akan mewakili sifat material diprediksi. Dalam hal ini, untuk = 150 MPa, n = 0.2, Cv = 30647.664 dan Cs = 515752. Dan hasil prediksi adalah σy = 149 MPa, n '= 0.209. Studi Akurasi hasil dilakukan untuk beberapa nilai propertis masukan, hasilnya

[image:12.612.317.550.103.265.2]

tercantum pada Tabel 2. Kesalahan rata-rata akurasi adalah = 0.065196 dan n /n = -0.06296, yang jauh lebih baik daripada akurasi pendekatan pemetaan 3D mapping

Gambar 5 Tipikal proses prediksi parameter material berdasarkan interseksi antara kurva properties dual indentor pada Vickers dan indentasi spherical (σy=120 MPa, n = 0.2).

TABEL2.Akurasi studi hasil dari inverse FE modeling pada indentor ganda (dual indenters) Vickers dan indentasi Spherical

Material Properties Value of Curvature Prediksi Beda dengan input Akurasi ( Error )

σy N Cs Cv σy n ∆ σy ∆n ∆σy/ σy ∆n/n

100 0.10 303841.6 15725.8 102 0.09 -2 0.01 -0.020 0.100 100 0.20 387159.4 22631.7 105 0.19 -5 0.01 -0.050 0.050 100 0.30 495483.9 32535.1 111 0.29 -11 0.01 -0.110 0.033 200 0.10 526000.0 27710.0 202 0.10 -2 0.00 -0.010 0.000 200 0.20 629700.0 37670.0 195 0.20 5 0.00 0.025 0.000 200 0.30 754700.0 50610.0 195 0.30 5 0.00 0.025 0.000 290 0.10 689200.0 37340.0 275 0.12 15 -0.02 0.052 -0.200 290 0.20 803900.0 48850.0 265 0.22 25 -0.02 0.086 -0.100 290 0.30 936500.0 63490.0 255 0.31 35 -0.01 0.121 -0.033

V. KESIMPULAN

FE model indentor tajam (Vickers) dan indentor tumpul (indentor Bulat) dikembangkan. Pengaruh beberapa parameter pemodelan kunci seperti sensitivitas mesh, ukuran sampel dan kondisi batas dinilai. Tiga metode pemodelan terbalik terbalik yaitu analisis dimensi, pemetaan 3D dan pendekatan grafik dual indentor telah diusulkan dan validitas dan akurasi masing-masing pendekatan dalam memprediksi sifat material secara sistematis dievaluasi dengan menggunakan kurva indentasi numerik. Di bagian eksperimental, tes geser tarik telah melakukan di tempat sambungan las dari bahan yang berbeda. Metode yang dikembangkan telah meletakkan dasar yang baik terhadap tujuan akhir dari penelitian ini dalam membangun efek parameter pengelasan pada sifat statis dan dinamis las titik (spot welding) sistem bahan yang berbeda. Pada tahap berikutnya, pendekatan inverse prediksi properti yang akan diperluas untuk uji kekerasan konvensional untuk mengkarakterisasi sifat dari zona struktur yang berbeda dalam sambungan las dari sistem bahan yang berbeda(dissimilar materials welding). Sifat diprediksi kemudian akan digunakan dalam model numerik dengan properties bahan realistis untuk

mensimulasikan deformasi las titik dalam kondisi pembebanan yang berbeda

DAFTARPUSTAKA

[1] Ni K., and Sankaran M.,Strain-based probabilistic fatigue life prediction of spot-welded joints, International Journal of fatigue, vol 26, 7, 2004. 763-772

[2] Mukhopadhyay M., Bhattacharya S., and Ray K.K, Strength assessment of spot-welded sheets of interstitial free steels, Mat. processing technology, vol 209, iss 4, 2009,1995-2007

[3] Emmanuel H., Lamouroux J., Detailed model of spot welded joints to simulate the failure of car assemblies, Interactive Design and manufacturing, vol.1, No.1, 2007, 33-40

[4] Taljat B., Zacharia T. and Kosel F. New analytical procedure to determine stress-strain curve from spherical indentation data, Int. J. of Solids and Structures, Vol. 35(33), 1998,pp. 4411-4426

[image:12.612.62.556.330.474.2]

Pengembangan Metode Prediksi

Propertis Material Berdasarkan

Model Elemen Hingga Indentor

Ganda (Dual Indenter) Sebagai

Dasar Evaluasi Deformasi

Sambungan Las Titik

by

I Nyoman Budiarsa

FILE

TIME SUBMITTED

06-JUN-2015 01:45PM

SUBMISSION ID

548511830

WORD COUNT

3054

CHARACTER COUNT

18281

5

%

SIMILARITY INDEX

3

%

INTERNET SOURCES

4

%

PUBLICATIONS

3

%

STUDENT PAPERS

1

2

%

2

1

%

3

1

%

4

<

1

%

Pengembangan Metode Prediksi Propertis Material

Berdasarkan Model Elemen Hingga Indentor Ganda (Dual

Indenter) Sebagai Dasar Evaluasi Deformasi Sambungan Las

Titik

ORIGINALITY REPORT

PRIMARY SOURCES

Hong-Chul Hyun. "A Conical Indentation

Technique Based on FEA Solutions for

Property Evaluation", Transactions of the

Korean Society of Mechanical Engineers A,

09/01/2009

Publication

followscience.com

Internet Source

Ni, Kan. "Random Fatigue Damage

Accumulation under Variable Amplitude

Loading", 53rd AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC

Structures Structural Dynamics and Materials

Conference< BR> 20th AIAA/ASME/AHS

Adaptive Structures Conference< BR> 14th

AIAA, 2012.

Publication

5

<

1

%

6

<

1

%

7

<

1

%

8

<

1

%

EXCLUDE QUOTES

OFF

EXCLUDE

BIBLIOGRAPHY

OFF

EXCLUDE MATCHES

OFF

Manufacturing Processes, 11/2010

Publication

Submitted to Caledonian College of

Engineering

Student Paper

Submitted to iGroup

Student Paper

Dao, M.. "Computational modeling of the

forward and reverse problems in instrumented

sharp indentation", Acta Materialia, 20011114

Publication

D. Ma. "An Instrumented Indentation Method

for Young’s Modulus Measurement with

Accuracy Estimation", Experimental

Mechanics, 09/23/2008

\l

o

N

ul

=

=

z.

(n IF

o

E (E E

l-C=D

E,

IJJ

-,

lIJ

-,

4,

6

e,

-Ir

-=

--,

-1'

-:=

rg

f-9,

C'7

G

.J

=

E,

IJJ

I-4,

-<,

lt7

<

=Dr

-IJJ

G

--J

-1'

-,

e

n

C'1'

<,

-,

G,

4

-,

-==

IJJ

ui,

(o

E

(tr

o

-I

J

V

-lrl

CL

'6

o)

(c

-o

o

a

(t]I

lrtl

LI

(EI

o-l

151

=l

ml

CI

fi51

EI

ol

H

=l

C)

GI

(u

If

(U

o-o

Y

C

(U

-v

I-CI

s

o

U

E

IE

f

-E

e

q

?t

t-{

o

ep{

{ra

(t

.F{

U

0,)

t{

a

a

1t{

o

AJ

*,

G

IJ

o

rr{

\*{

o

rr{

.l.a

I{

AJ

U

s

I

sr

o

N \o

r!

l-(u

o

E (u o-OJ V) a G)

=

tg

)

(n .C J

o

(,

I (E B

o

LD

O'i

-b-

=

E

EUp

E:

-.:'= .9

'6;=

NL-V

-{

(trf

c

.*

trt .-

C

^i.rLr-V

'ld= E

tqE

xsEE

h;=

xEE;

Ef

E

- PS_=

K

6=

Q).=-J-,-Srj-.-O 5)5-I E- O

Efi=; Fbr

EEE

=

-EE

?EeH

5ff

5E

ES

?

g

=EE

Eb

E

P,E

€

g

LE

-

g

'ctt