DAFTAR ISI
Lembar Persetujuan ... i
Kata Pengantar ... ii
Daftar Isi ... iii
Daftar Gambar ... v
Daftar Tabel ... vii
Bab I Pendahuluan ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 2 1.3 Batasan Masalah ... 2 1.4 Tujuan Penelitian ... 2 1.5 Manfaat Penelitian ... 3
Bab II Landasan Teori ... 4
2.1 Metode Pengujian Mekanik ... 4
2.1.1 Pengujian Tarik ... 4
2.1.2 Pengujian Kekerasan ... 8
2.2 Material Pengujian ... 9
2.2.1 Paduan Aluminium dan Magnesium ... 9
2.2.2 Baja Paduan ... 10
2.3 Las Titik (Spot Welding) ... 11
2.4 Finite Element Method ... 12
2.4.1 Langkah-Langkah Umum Metode Finite Element ... 13
Bab III Metode Penelitian ... 14
3.1 Diagram Alir Penelitian ... 14
3.2 Numerikal Model ... 15
3.3 Material Model ... 16
3.4 Alat dan Bahan ... 17
3.5 Bahan Penelitian ... 19
3.6 Metode Eksperimen ... 20
3.6.1 Pengujian Tarik ... 20
3.6.2 Pengujian Kekerasan Vickers ... 21
Bab IV Hasil dan Pembahasan ... 27
4.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 27
4.2.1 Langkah I Preprocessing ... 27
4.2.2 Langkah II Solution ... 32
4.2.3 Langkah III Postprocessing ... 42
4.3 Analisis Hasil Uji Tarik ... 47
4.3.1 Property Baja Karbon Rendah ... 47
4.3.2 Property Aluminium Mg ... 49
4.3.3 Perhitungan True Stress-Strain ... 51
4.3.4 Perhitungan Plastic Strain ... 52
4.3.5 Analisa Sifat Plastisitas Material ... 52
4.4.2 Hasil Uji Kekerasan Vickers Logam Las ... 54
4.5 Validasi Hasil Simulasi Identasi Vickers ... 55
4.6 Analisis Hasil Simulasi Identasi Vickers ... 56
4.7 Simulasi Identasi Vickers Berbasis Input Nilai Metode Analitik ... 60
4.8 Membangun Persamaan dari Hubungan Parameter Bahan ... 63
4.8.1 Simulasi Identasi Vickers dengan Variasi Nilai Plastisitas Material ... 63
4.8.2 Pengolahan Data Hasil Simulasi dengan Software Systat Sigmaplot ... 65
4.9 Karakterisasi Material Sambungan Las ... 68
Bab V Penutup ... 70
5.1 Kesimpulan ... 70
5.2 Saran ... 70
Daftar Pustaka ... 71
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gambaran Singkat Uji Tarik ... 5
Gambar 2.2 Perbandingan Antara Kurva Tegangan Regangan Teknik dengan Kurva Tegangan Regangan Sejati ... 7
Gambar 2.3 Hasil Tapak Tekan Pengujian Vickers ... 9
Gambar 2.4 Kontak Logam Las Titik ... 12
Gambar 2.5 Flowchart Langkah-Langkah Umum Metode Finite Element ... 13
Gambar 2.6 Elemen Analisa Tegangan Tiga Dimensi ... 14
Gambar 2.7 Elemen Axisymetric Sederhana ... 14
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 15
Gambar 3.2 Skematik Tegangan Elastic Plastic Terhadap Regangan pada Power Law Material Konsep Representative Stress ... 17
Gambar 3.3 Mesin Polishing Tipe Saphir 330 ... 18
Gambar 3.4 Alat Uji Kekerasan Vickers Tipe Zwick ... 19
Gambar 3.5 Bentuk Spesimen Untuk Pengujian Kekerasan Vickers ... 21
Gambar 3.7 Skematik Uji Kekerasan Vickers ... 23
Gambar 4.1 Extrusion Part 1 ... 28
Gambar 4.2 Sketsa Part 2 ... 29
Gambar 4.3 Extrusion Part 2 ... 29
Gambar 4.4 Assignment Part 1 ... 30
Gambar 4.5 Rotate Instance ... 31
Gambar 4.6 Create Set pada Assembly Part ... 32
Gambar 4.7 Surface Interaction ... 34
Gambar 4.8 Partisi Part 1 ... 36
Gambar 4.9 Boundary Condition 1 ... 37
Gambar 4.10 Boundary Condition 2 ... 38
Gambar 4.11 Boundary Condition 3 ... 38
Gambar 4.12 Gambar dan Dialog Box Mesh Control ... 40
Gambar 4.13 Operational Local Seeds ... 41
Gambar 4.14 Mesh Part ... 41
Gambar 4.15 Visulization ... 42
Gambar 4.16 Visualisasi Setelah Input Plastisitas Material ... 44
Gambar 4.17 Flowchart Prosedur Permodelan Identasi Vickers ... 46
Gambar 4.18 Kurva Tegangan Regangan Engineering Baja Karbon Rendah ... 47
Gambar 4.19 Kurva Tegangan Regangan Engineering Paduan Aluminium-Mg ... 49
Gambar 4.20 Distribusi Nilai Kekerasan Sambungan Las ... 55
Gambar 4.21 Validasi dengan Jumlah Mesh ... 56
Gambar 4.22 Grafik Hubungan F(N) dan h pada Hasil Simulasi Identasi Vickers Baja ... 58
Gambar 4.23 Grafik Hubungan F(N) dan h pada Hasil Simulasi Identasi Vickers Al ... 59
Gambar 4.24 Grafik Perbandingan Nilai Eksperimen dan Simulasi ... 60
Gambar 4.25 Grafik 3D Konvergensi Persamaan ... 66
Gambar 4.26 Hasil Akhir dari Pengolahan Data dan Sigmaplot ... 67
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat Material Baja Lunak ... 11
Tabel 4.1 Plastisitas Material Baja Karbon Rendah ... 43
Tabel 4.2 Hasil Uji Tarik Spesimen Logam Induk dan Sambungan Las ... 47
Tabel 4.3 Hasil Uji Tarik Spesimen Baja Karbon Rendah ... 48
Tabel 4.4 Hasil Uji Tarik Spesimen Aluminium Mg ... 49
Tabel 4.5 Sifat Plastisitas Material ... 53
Tabel 4.6 Hasil Uji Vickers Aluminium-Mg dan Baja Karbon Rendah ... 54
Tabel 4.7 Hasil Uji Vickers Sambungan Las ... 54
Tabel 4.8 Perbandingan Hasil Simulasi dengan Variasi Jumlah Mesh ... 55
Tabel 4.9 Hasil Simulasi Identasi Vickers Baja Karbon Rendah ... 57
Tabel 4.10 Hasil Simulasi Identasi Vickers Paduan Aluminium-Mg ... 58
Tabel 4.11 Perbandingan Nilai Eksperimen dan Simulasi ... 59
Tabel 4.12 Plastic Stress-Strain Metode Analitik ... 61
Tabel 4.13 Hasil Simulasi dengan Input Plastisitas Material Metode Analitik ... 61
Tabel 4.14 Variasi Nilai Yield Strength dan n ... 63
EVALUASI NUMERIK KARAKTERISTIK MATERIAL SAMBUNGAN LAS TITIK MENGGUNAKAN METODE FINITE ELEMENT MODEL
Oleh : Febianto Funedi
Dosen Pembimbing : Ir. I Nyoman Budiarsa, MT,Ph.D : Dr.Ir. I Ketut Suarsana, MT
ABSTRAK
Pengelasan merupakan salah satu penopang kemajuan industri. Pengelasan adalah salah satu cara yang sering digunakan dalam proses penyambungan. Namun dalam prosesnya banyak permasalahan yang terjadi disebabkan menurunnya sifat material pada daerah pengelasan (HAZ).Banyak terjadi kegagalan pada penyambungan las khususnya pada daerah HAZ, sambungan las merupakan material yang tidak memenuhi kriteria standar pengujian maka dari itu untuk mengujinya tidak dapat menggunakan metode eksperimental seperti pada material-material pada umumnya. Salah satu cara untuk mengetahui karakter dari material sambungan las ini adalah dengan memprediksinya menggunakan metode permodelan Finite Element (elemen hingga).
Penelitian ini menggunakan simulasi program Abaqus dalam pengaplikasian metode Finite Element. Penelitian ini menggunakan prosedur permodelan finite element untuk evaluasi numerik karakteristik hasil las titik sebagai material non-standart test berbasis model identasi vickers yang dianalisa secara simulasi. Hasil eksperimen uji pada logam induk menjadi input dari model untuk simulasi dengan space sifat material yang ada, hubungan yang didapat kemudian dapat digunakan untuk evaluasi sifat kompleks dari material hasil las titik (non-standart test).
Hasil penelitian dengan menggunakan evaluasi numeric finite element menunjukan error yang sangat kecil. Perbandingan nilai hasil simulasi dengan eksperimental indentasi Vickers pada parent metal baja dan aluminium-Mg adalah 3.021288 HVN dan 0.502 HVN Dengan nilai error kurang dari 5 %, prosedur pemodelan berbasis finite element dengan menggunakan validasi sangat efektif untuk menggambarkan pengujian nyata untuk kekerasan Vickers. Hasil penelitian menggunakan metode analitik menghasilkan rumusan yang dapat berpotensi digunakan untuk menganilisis/mengkarakterisasi parameter bahan non-standar.
EVALUASI NUMERIK KARAKTERISTIK MATERIAL SAMBUNGAN LAS TITIK MENGGUNAKAN METODE FINITE ELEMENT MODEL
Author : Febianto Funedi
Guidance : Ir. I Nyoman Budiarsa, MT,Ph.D : Dr.Ir. I Ketut Suarsana, MT
ABSTRACT
Welding is one of a supports of technological advances. Welding is a common used way in a joint process. But, there are a lot of trouble during its process caused by the decline of material properties on the welding area (HAZ). There are a lot of failure tries on welding joint process, especially in the HAZ area, weld joint is a material that does not meet the standards of testing standards, therefore we cannot use experimental methods to test them as used as the ordinary materials. One the ways to find out the characteristics of the weld joint material is to predict it using Finite Element model method.
This research is using the simulation of Abaqus program to apply it with Finite Element method. This research is using Finite Element model procedure to evaluate numeric characteristic spot welding result as a non-standard test material based on vickers identation method that been analyzed in simulation. Experimental test result on parent metal is being the input model for simulation with space characteristics material that was exist, the result connection can be used for complex characteristics evaluation from spot welding material result (Non-standard test).
The research result using numeric finite element evaluation produces a very small errors. The comparison of simulation result value with vickers indentation experimental on the steel parent metal and alumunium-Mg is 3.021288 HVN and 0.502 HVN with a less than 5% error value, model procedure based on Finite Element using validation is very effective to show Vickers hardness real test. The research result using analytic method produces a potential formula that can be used for analyzing/characterizing non-standard ingridients parameter.
Keywords: spot welding, HAZ, Vickers, simulation, Finite Element
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Penyambungan material merupakan salah satu usaha dalam memperpanjang atau memperlebar suatu material . Pengelasan adalah salah satu cara yang sering digunakan dalam proses penyambungan. Namun dalam prosesnya banyak permasalahan yang terjadi disebabkan menurunnya sifat material pada daerah pengelasan (HAZ).
Banyak terjadi kegagalan pada sambungan hasil pengelasan titik ini seperti interfacial dan pull-out. Kegagalan ini sangat sering terjadi dan sangat berbahaya, sehingga banyak penelitian yang dilakukan untuk meningkatkan pemahaman terhadap kualitas hasil dari pengelasan titik (spot welding) sebagai interaksi antara fenomena listrik, termal, metalurgi dan mekanik (Hou Z., et al, 2006). Salah satu penelitiannya adalah dengan cara memprediksi dimensi nugget dari hasil pengelasan titik dengan mensimulasikan proses pengelasannya dengan permodelan finite element. Disamping kualitas pengelasan, metode juga menjadifaktor dalam menganalisis hasil lasan, salah satunya yang umum digunakan pada saat ini adalah dengan metode Finite Element Model. Metode permodelan finite element seperti suatu alat penting yang digunakan untuk mensimulasikan proses termal dan pengembangan struktur mikro, dimana hasil simulasinya digunakan untuk menilai parameter struktur las. Teknik-teknik permodelan sangat meningkatkan kemampuan dalam memprediksi sifat-sifat dan kemampuan kerja dari suatu material.
Finite Element semakin berkembang sehingga muncul beberapa program berbasis finite element seperti Abaqus, ANSYS, LYSDYNA. Secara garis besar cara kerja dari program-program tersebut sama yaitu dengan cara mendiskritisasi atau membagi suatu benda menjadi elemen-elemen kecil yang lebih sederhana. Kemudian muncul istilah baru yaitu Finite Element Modelling karena hanya memodelkan suatu benda menjadi elemen-elemen yang sederhana kemudian diberikan identitas sifat material, diberikan kondisi batas (boundary condition), dan diberikan pembebanan hanya pada sebuah program. Konsep dan metode ini akan sangat berguna untuk memberikan cara yang lebih cepat dan akurat untuk mengidentifikasi beberapa
parameter dari suatu bahan yang pada situasi dimana spesimennya tidak sesuai standar pengujian.
Penelitian ini menggunakan prosedur permodelan finite element untuk evaluasi numerik karakteristik hasil las titik sebagai material non-standart test berbasis model identasi vickers yang dianalisa secara simulasi menggunakan Abaqus 6.13. Hasil eksperimen uji pada logam induk menjadi input dari model untuk simulasi dengan space sifat material yang ada, hubungan yang didapat kemudian dapat digunakan untuk evaluasi sifat kompleks dari material hasil las titik (non-standart test).
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana design simulasi yang dapat dikembangkan dalam pengujian hasil pengelasan titik berbasis permodelan Finite Element ?
2. Bagaimana sensitifitas dan stabilitas sistem permodelan yang digunakan dalam menganalisis hasil pengelasan titik ?
1.3 Batasan Masalah:
1. Analisis numerik (numerical analysis) dilakukan melalui simulasi dengan menggunakan aplikasi Abaqus 6.13
2. Proses pengelasan titik pada material Al-Mg dan mild steel (dissimilar metal weld) dilakukan pada suhu kamar (27ºC),
3. Pengujian kekerasan vickers menggunakan beban yang seragam di setiap titik dan spesimennya yaitu 5 kgf.
1.4. Tujuan Penelitian:
1. Mengembangkan sistem permodelan simulasi dengan program Abaqus pada pengujian karakter hasil pengelasan titik berbasis Finite Element Model.
2. Mengevaluasi numerik karakteristik hasil pengelasan titik dengan menggunakan metode permodelan Finite Element.
1. Dapat mengembangkan design simulasi permodelan pada program Abaqus untuk menganalisis hasil pengelasan titik berbasis Finite Element.
2. Dapat memberikan suatu sistem simulasi permodelan sehingga dapat dikaji lebih lanjut untuk mendukung pembelajaran.
3. Memberikan suatu sistem simulasi untuk mengetahui karakteristik dari sambungan las.
