REVIEWER -...
Transcript of REVIEWER -...
REVIEWER
1. Prof. Dr. Agustinus Purna Irawan
2. Harto Tanujaya, S.T., M.T., Ph.D.
3. Dr. Abrar Riza, S.T., M.T.
4. Dr. Lamto Widodo, S.T., M.T.
5. Ir. Sofyan Djamil, M.Si
6. Dr. Adianto, M.Sc
7. Ir. Rosehan, M.T.
EDITOR
Prof. Dr. Agustinus Purna Irawan
PENYUNTING
Dr. Lamto Widodo, S.T., M.T.
DESAIN SAMPUL DAN TATA LETAK
Didi Widya Utama S.T., M.T.
PENERBIT
Program Studi Teknik Mesin dan Teknik Industri
Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara
Jakarta
REDAKSI
Jl. Letjen. S. Parman No. 1 Jakarta 11440
Telp. (021) 5663124
Fax.: (021) 5663277
e-mail: [email protected] ; [email protected]
PROSIDING
SEMINAR NASIONAL MESIN DAN INDUSTRI X 2016
ISBN: 978-602-71459-3-1
RISET MULTIDISIPLIN UNTUK MENUNJANG PENGEMBANGAN INDUSTRI NASIONAL
Universitas Tarumanagara Jakarta, 21-22 Juni 2016
Diterbitkan oleh: Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara
Jl. Let. Jend. S. Parman No. 1 Jakarta 11440 Telp. 021-5672548, 5663124, 5638335; Fax. 021-5663277
e-mail: [email protected] ; [email protected] Website: www.untar.ac.id
SURAT PEMBERITAHUAN Nomor: 833-JM/FT-Untar/III/2016
Berdasarkan hasil review yang telah dilakukan oleh tim reviewers terhadap makalah yang telah Bapak/Ibu/Saudara/i kirimkan, maka makalah dengan: Judul : Pendekatan Inverse Material Konstitutive dalam Prediksi Kekuatan
Hasil Las Titik (Spot Welding)
Penulis : I Nyoman Budiarsa, I Nyoman Gde Antara
Instansi : Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana
Kode Makalah : TM-29 Dinyatakan DITERIMA untuk DIPRESENTASIKAN dalam Seminar Nasional Mesin dan Industri (SNMI X) 2016 yang diselenggarakan oleh Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara Jakarta, tanggal 21-22 April 2016. Adapun biaya sebagai pemakalah sebesar Rp. 600.000,- untuk pembayaran dapat dilakukan melalui transfer ke rekening:
BCA UNTAR Kampus 1 Nomor Rekening: 001-303-1174
Atas Nama: Fakultas Teknik UNTAR Kami mengucapkan terima kasih kepada Bapak/Ibu/Saudara/i yang telah berkenan mengirimkan makalah untuk SNMI X 2016. Selamat berseminar. Jakarta, 21 Maret 2016
Ketua Jurusan Teknik Mesin Ketua Panitia SNMI X 2016 Harto Tanujaya, S.T., M.T., Ph.D. Dr. Ir. Erwin Siahaan, M.Si
@UNTARFAKULTAS ITEKN IK I
SERTIFIKATDiberikan Kepacla:
I Nyoman BudiarsaSebagai:
PemakatahSeminar Nastonal jrtestn dan Industri (S]\'ll4I X) 2016
Dengan terna
Riset Muttidisiptin untuk Menunjang Pengembangan industri NasionalDtselenggarakan oleh
Prosram"".fl l",H\:lT,T,fi :ll'?ilX'il:'i3iliu"*rndustri
Universitas Tarumanagara
iakarta, 21,-ZZ April 20lC
Ketua Panitia
c*Dr. Ir. Erwin Siahaan, M.Si.Prof. Dr. Agusttnus Purna Irawart
Seminar Nasional Mesin dan Industri (SNMI X) 2016 Riset Multidisiplin untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 21-22 April 2016
TM-215
PENDEKATAN INVERSE MATERIAL KONSTITUTIVE DALAM
PREDIKSI KEKUATAN HASIL LAS TITIK (SPOT WELDING)
I Nyoman Budiarsa, I Nyoman Gde Antara
Jurusan Teknik Mesin.Fakultas Teknik.Universitas Udayana. Bali. Indonesia
Kampus Bukit Jimbaran Bali. Telp (0361-703321)
e-mail: [email protected]
Abstrak
Deformasi pada hasil pengelasan titik merupakan sebuah tantangan tersendiri dalam
penelitian karena sifat kompleks struktur. Salah satu masalah utamanya adalah untuk
mengkarakterisasi sifat material. Parameter bahan elastis-plastik dan parameter fraktur bahan
dapat segera ditentukan saat spesimen standar tersedia, namun untuk sambungan las titik
(spot welded joint), pengujian standar tidak berlaku untuk mengkarakterisasi HAZ dan nugget
karena struktur yang kompleks dan ukuran kecil. Penelitian ini akan membuka peluang
kemungkinan untuk mengkarakterisasi sifat material berdasarkan metode indentor ganda
untuk pengujian secara terbalik terhadap ciri parameter bahan konstitutif
(seperti: ( ) ( )) untuk nugget, HAZ
dan logam dasar. Dalam pendekatan numerik-eksperimental, data beban-deformasi bahan
yang digunakan sebagai data masukan untuk Model elemen hingga (FE) yang mensimulasikan
geometri dan kondisi batas dari percobaan. Dengan tes Indentasi, sifat plastik lokal dapat
dihitung dengan memecahkan masalah inverse melalui analisis elemen hingga dengan
bertahap berbagai sifat dalam pemodelan 3D untuk menemukan hasil simulasi kurva beban-
perpindahan yang sama dibandingkan dengan eksperimen sebelumnya. Pendekatan ini
kemudian akan digunakan untuk menguji zona las yang berbeda dan parameter bahan, hasil
prediksi ini digunakan untuk mensimulasikan deformasi pada sambungan las titik pada kondisi
beban yang kompleks termasuk tarik geser dan Test drop weight impact
Kata kunci : Kurva P-h, Kekerasan Vickers (Hv), , n, Finite Elemen (FE) model
1. Pendahuluan
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)[1], pengujian standar
tidak berlaku untuk mengkarakterisasi hasil las dikarenakan struktur yang kompleks dan
ukuran kecil [2]. Banyak penelitian telah dilakukan untuk meningkatkan pemahaman di
tempat sambungan las sebagai interaksi antara fenomena listrik, termal, metalurgi dan
mekanik [3]. Suatu bidang penelitian yang masih aktif adalah pada prediksi dimensi tempat
sambungan las dengan mensimulasikan proses pengelasan dengan pemodelan elemen
hingga [2],[3]. Bidang penelitian aktif lain yaitu pada studi mikrostruktur [4]. 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. Perkembangan terbaru dalam dalam instrumentasi test indentasi
untuk uji indentasi kontinyu respon perilaku material pada pengujian didasarkan olehbeban
(P) dan perpindahan(h) pada kurva (p-h) indentasi [4]. Dalam proses indentasi, material
mengalami deformasi yang kompleks membentuk zona deformasi mekanisme yang
berbeda yang merupakan salah satu cara yang paling efektif untuk menganalisis indentasi
[5],[6] Karya sebelumnya menunjukkan kekerasan yang dapat berhubungan dengan
Seminar Nasional Mesin dan Industri (SNMI X) 2016 Riset Multidisiplin untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 21-22 April 2016
TM-216
tegangan representatif (σr), sesuai dengan reganganrepresentatif (εr) yang merupakan
regangan plastik rata-rata yang dihasilkan pada indentasi [4].[7] Konsep ditambah dengan
pemodelan elemen hingga (FE) telah berhasil digunakan dalam menganalisis indentor
tajam di mana regangan dan tegangan representatif didefinisikan dengan baik dengan
menggunakan sudut indentor tetap. Dalam kasus ini, hubungan yang dihasilkan antara
parameter material dan kurva P-h akhirnya dapat digunakan untuk mengestimasi kekerasan
dari parameter bahan. Simulasi dengan model yang telah tervalidasi dilakukan pada
berbagai sifat material (y: 100 - 900 MPa, dan n:0.0 - 0.3) hubungan antara yield stress
(y), koefisien pengerasan regang (n), kekerasan dapat diketahui.
2. Eksperimental dan pengembangan Indentation Size Effect (ISE)
Dua spesimen dengan bahan dan ketebalan yang berbeda (Stainless steel dan Mild
steel) digunakan dalam penelitian ini. Seperti yang tercantum dalam Tabel.1.
Tabel 2.1. Komposisi kimia material spot welding test
Concentration 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%
Stainless steel yang digunakan adalah stainless steel grade 304 dengan lebar 25mm,
dan ketebalan 0.8 mm, spesimen lain adalah Mild steel dengan lebar 25mm dan ketebalan
1.44mm. Sambungan las dari dua kombinasi bahan disiapkan dan diuji. Untuk pengujian
kekerasan sampel Baja batang elips padat dengan diameter 5 mm dan panjang 90 mm dan
memiliki dudukan di tepi. 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 490.3mN sampai 19.61 N.
indentor memiliki bentuk piramida yang tepat dengan dasar persegi dan sudut 136o antar
sisi muka yang berlawanan [8].
Gambar 2.1. hasil pengujian Indentation size effect (ISE) pada base metal dan nugget
Seminar Nasional Mesin dan Industri (SNMI X) 2016 Riset Multidisiplin untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 21-22 April 2016
TM-217
Gambar 2.2. Finite Elemen model, simulasi dan tipikal hasil simulasi selama loading dan
unoading, serta hasil ptrdiksi untuk ( dan n =(0.1 – 0.5)
Sambungan las dari dua kombinasi bahan disiapkan dan diuji. Tes tarik (Tensile
tests) dilakukan menggunakan Lloyd LR 30K Universal material testing machine yang
dapat melakukan test tarik maupun kompresi. Mesin ini memiliki kapasitas maksimum 30
kN, dengan pembacaan yang akurat untuk 0.5% dari gaya. Mesin ini dihubungkan dengan
microcomputer sehingga keluaran grafis hasil tes serta data uji 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. Spesimen uji tarik menggunakan standar ASTM E 8–04 dengan ukuran
seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3 Tensile Test specimen, Spesimen hasil las dan FE
Modeling.
Gambar 2.3. Tensile Test spesimen bentuk Dog bone, b). Tensile Test spesimen dengan
radius R= 5 mm, c). Spesimen Shear test untuk hasil las serta d).Finite Elemen Modeling
untuk tensile test specimen logam induk (base metal)
3. Model Numerik, Indentifikasi dan Hasil Prediksi sifat Plastik Spotweld Joint
Sifat Plastik Material 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 Konsep ditambah dengan pemodelan elemen hingga (FE) telah berhasil
digunakan dalam menganalisis indentor tajam di mana regangan dan teganganrepresentatif
didefinisikan dengan baik dengan menggunakan sudut indentor tetap. Dalam kasus ini,
hubungan yang dihasilkan antara parameter material dan kurva P-hakhirnya dapat
digunakan untuk mengestimasi kekerasan dari parameter bahan.
a)
b)
.
c).
d).
Seminar Nasional Mesin dan Industri (SNMI X) 2016 Riset Multidisiplin untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 21-22 April 2016
TM-218
Gambar 3.1. Diagram alir proses pengembangan modeling, dan prediksi material
konstitutif untuk base metal, HAZ dan nuggets
Metode untuk menentukan sifat plastik material dengan dual indenter
dikembangkan melui prediksi terbalik (inverse prediction) dengan menggunakan input
nilai kekerasan material dikenal untuk mengidentifikasi constitutive material
properties.Pada tahap pertama, model FE secara sistematik dikembangkan untuk
membentuk ruang simulasi meliputi berbagai potensi sifat material.Pada tahap berikutnya,
kurva beban yang digunakan untuk mengembangkan ruang simulasi. Pendekatan telah
dikembangkan komparatif untuk memprediksi set materi memiliki curvature indentasi
sebenarnya. Melalui data tegangan (force) vs kedalaman indentasi yang dikaitkan dengan
nilai kekerasan HV dan HRB. Simulasi dengan model yang telah tervalidasi dilakukan
pada berbagai sifat material (y: 100-900 MPa, dan n: 0.0-0.3) hubungan antara yield
stress (y), koefisien pengerasan regang (n), HV dan HRBdapat diketahui.
Gambar 3.2. Surface plot 3D sebagai model yang hasil simulasi Identifikasi Sifat Plastik
Material Dengan Dual Indenter
Seminar Nasional Mesin dan Industri (SNMI X) 2016 Riset Multidisiplin untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 21-22 April 2016
TM-219
Hasil simulasi FE Model dijelaskan pada pemetaan surface plot 3D dengan
menggunakan baja sebagai sistem model bahan diketahui berhubungan sangat baik antara
yield stress (y), koefisien pengerasan regang (n) terhadap HV ataupun HRB dengan
koefisien korelasi = 0.97 yang didekati dengan menggunakan regresi linear Non Gaussian
3D. Hubungan ini ditemukan mengikuti persamaan:
σy = 91.34E+09 [(
) (
) ] (1)
σy = 828.5 [(
) (
) ] (2)
Model matematis yang berasal dari pemetaan surface plot 3D sebagai model yang
hasil simulasi kemudian digunakan untuk memprediksi parameter material. Prediksi hasil
ganda indentor FE Modeling dengan input nilai kekerasan indenter ganda yang dipilih
terhadap sifat plastis (ditunjukkan sebagai yield stress (y), koefisien pengerasan regang
(n)) ditampilkan dalam tabel
Tabel 3.1. Tipikal nilai hasil eksperiman Baja karbon untuk HV dan HRB dibandingakan
dengan nilai hasil prediksi menggunakan dual indenter
Gambar 3.3. Finite Elemen modeling untuk spot weld dan hasil prediksi sifat plastis untuk
Nugget, HAZ dan logam induk (base metal)
Seminar Nasional Mesin dan Industri (SNMI X) 2016 Riset Multidisiplin untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional
Jakarta, 21-22 April 2016
TM-220
Identifikasi Sifat Plastik Material Dengan Dual Indenter melalui FE model indentor
tajam (Vickers) dan indentor tumpul (indentor Bulat) telah dikembangkan. 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.
4. Kesimpulan
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. Metode inverse menggunakan
pendekatan numeric terhadap nilai konstitutif material berdasarkan indentasi statis telah
dikembangkan dan divalidasi. Evaluasi berdasarkan data eksperimen numerik
menunjukkan kesamaan yang akurat dengan pendekatan kurva lindentasi terus menerus.
Pendekatan yang dikembangkan telah berhasil digunakan untuk mengkarakterisasi sifat
plastik zona yang berbeda pada hasil las spot welding. (nuggets = 160 MPa, n= 0.12,
HAZ = 480 MPa, n= 0.14, Base = 308.03 MPa, n= 0.17) Parameter bahan plastik
ini digunakan dalam pemodelan finite element untuk deformasi tarik geser sambungan las
spot welding dan menunjukkan hubungan yang baik dengan hasil eksperimen. Model FE
divalidasi yang selanjutnya digunakan untuk memprediksi pengaruh ukuran nugget dan
ketebalan lembaran logam pada kekuatan sambungan las
Daftar Pustaka
1. Aslanlar S.,et al.,2008.Welding time effect on mechanical properties of automotive
sheets in electrical RSW,Materials & design, vol29, 7, pg 1427 1431.
2. Hou Z., et al., 2007. Finite element analysis for the mechanical features of RSW
process, Journal of materials and Processing Technology, 185, 1-3, 160-165
3. Rahman M.M.,et al., 2008. An Investigation into the effects of spot diameter and
sheets thickness on fatigue life of spot welded structure based on FEA, Research
Journal of Applied Science, 3(1):10-15
4. Dao M., Chollacoop N., Van Vliet K. J., Venkatesh T. A. and Suresh S. (2001).
Computational modelling of the forward and reverse problems in instrumented
sharp indentation, Acta Materialia, Vol. 49, pp. 3899–3918
5. Cao Y. P., Lu J. (2004) A new method to extract the plastic properties of metal
materials from an instrumented spherical indentation loading curve, Acta
Materialia, 52, 4023–4032
6. Budiarsa.I N., 2013 Indentation Size Effect (ISE) of Vickers hardness in steels:
correlation with H/E, Applied Mechanics and Materials Vol. 391 pp 23-28
7. Swaddiwudhipong S., Tho K. K. , Liu Z. S. and Zeng K.. (2005). Material
characterisation based on dual indenters, International Journal of Solids and
Structures, Vol. 42, pp. 69-83
8. Bucaille J. L., Stauss S., Felder E. and Michler J. (2003).Determination of plastic
properties of metals by instrumented indentation using different sharp indenters,
Acta Materialia, Vol. 51, pp. 1663–1678.