Analisis Balistik Impak Peluru Frangible dengan Metode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) - ITS Repository

Gratis

0
0
92
2 days ago
Preview
Full text

KATA PENGANTAR

  Selama menjalani masa studi hingga berujung di selesainya laporan Tugas Akhir ini, penulis memanjatkan rasasyukur dan doa kepada Yesus Kristus atas berkat yang tiada berkesudahan dalam kehidupan penulis, dan juga penulismengucapkan terimakasih kepada : 1. Kedua orang tuaku, Bapak Jogipan Simaremare dan IbuBertha Ginting di Pematangsiantar yang tetap mendukung baik dari biaya pendidikan, moral, karakter,motivasi dan penyemangat selama penulis bersekolah dari tingkat TK hinga berkuliah di ITS, dan kedua adikkuDaniel Ignatius Simaremare dan Sri Indah Vanettha Simaremare yang selalu memberi dorongan semangat.

2. Ibu Dr.Widyastuti,S.Si dan Bapak Mas Irfan P. Hidayat

  Yulietta Heryani Kembaren yang telah setia menemani penulis, memberi dorongan dan semangat, motivasi, doa,dukungan rohani, dan teman terdekat penulis mulai dari awal penulis memasuki SMA, memutuskan untuk masukke ITS dan menyelesaikan studi S1 di DepartemenTeknik Material ITS 5. Gereja HKBP Surabaya dan teman-teman Guru Sekolah Minggu yang membangkitkan dan menyegarkan kerohanian penulis untuk tetap termotivasi menjalaniperkuliahan dan perantauan 9.

HYDRODYNAMICS (SPH)

  D Abstrak Peluru konvensional terbuat dari bahan timbal yang menimbulkan beberapa kekurangan seperti efek peluru nyasar(richochet), peluru mengenai penembak sendiri (backsplash), dan kerugian kesehatan akibat paparan ledakan timbal di udara. Penelitian sebelumnya yang dilakukan Firmansyah (2015), mengevaluasi Frangibility Factor dari suatu peluru dengan perlakuan temperatur sintering yango divariasikan (200,300,400,500,600C).

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

  Atas dasar ini, penelitian secara eksperimental mulai Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS ditinggalkan dan beralih ke penelitian dengan metode numerikal dan simulasi. Batasan Masalah Agar didapatkan hasil akhir yang baik dan sesuai dengan tujuan penelitian serta tidak menyimpang dari permasalahan yangditinjau, maka batasan masalah dari penelitian ini adalah sebagai berikut :a.material penyusun frangible bullet yang ditembakkan adalah Cu10%wt-Snm s b.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Balistika dan Proyektil

  Teknik metalurgi serbuk dapat digunakan untuk menghasilkan metal-matrix composite yang memiliki properties yang mirip dengan timbal (Mikko, 2000). Sifat dari bahan non timbal dapat dikendalikan sehingga fragmen peluru menjadi partikel-partikel kecil ketika 4 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS menyentuh target keras, tetapi tetap utuh ketika menyentuh target yang lunak.

2.2. Desain dan Sifat Peluru Frangible

  Baru-baru ini, telah dipasarkan jenis proyektil yang bebas dari timah dan telahdigunakan untuk latihan tembak, pelatihan penegakan hukum, dan dalam operasi yang menghindari efek peluru nyasar atau operasi 5 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS yang tidak bertujuan untuk menyebabkan kerusakan besar dan korban jiwa yang tidak diinginkan. Richochet adalah keadaan dimana peluru yang terpental sekalipun kecepatannya telah menurun dan meskipun energi kinetiknya tak lagi sebesar ketika tepat akan bertumbukan tetapdapat menembus tubuh manusia, atau yang lebih sering kita kenal 6 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS dengan istilah peluru nyasar.

2.3. Efek dan Prinsip Kerja Peluru Frangible

  Ukuran fragmentasi peluru frangibleakan lebih besar dan jumlahnya sedikit bila mengenai objek yang kekerasannya rendah, seperti kayu, gel, gelas, dan keramik. Sedangkan pada kasus tembakan ke pelat baja yang kekerasannya tinggi, peluru frangible cenderung terfragmentasi menjadi ukuranyang lebih kecil dan halus serta jumlah fragmentasinya sangat banyak, misalnya pada pelat baja keras, armor atau kevlar, kacadepan mobil, dan dinding batu.

2.4. Plat Objek Tembak

  Plat ini dimanufakturmenjadi berbentuk bulat pejal dengan ketebalan 20 mm, dan diameter sebesar 600 mm seperti tampak pada Gambar 2.4 berikutini. Objek tembak diletakkan pada jarak yang sesuaidengan variasi jarak tembak, dimana pada bagian depan depan objek tembak diberi kertas ketentuan akurasi tembak untukmengukur akurasi dari peluru, seperti terlihat pada Gambar 2.5 dibawah ini.

2.5. Frangibility Factor

  Kondisi impak Peluru frangible yang berkualitas baik adalah peluru yang memiliki kekuatan dan kekerasan yang lebih rendah dibandingkantarget tembak. Kecepatan proyektilterhadap perubahan jarak dituliskan dengan persamaan : = Modulus Elastisitas (GPa)= panjang peluru (m)= massa peluru (m)= diameter peluru (m)= kekakuan target (N/m) (2.4) dimana= energi kinetik (joule) 12 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS = massa proyektil (kg)= kecepatan pada jarak (m)Besar batas energi kinetik ini sangat berguna untuk menganalisa suatu nilai yang disebut Frangibility Factor.

2.6. Analisis Numerikal

  Hingga saat ini, tidak ada satupun teknik dari metode numerikal yang dapat memodelkan semua kasus dari balistikimpak. (Murat, 2008) 4 Hanya mengambilbagian tertentu dari materialyang akan dimodelkan Lagrangian danEulerian Digunakan untukpenzonaan ulang,ataupun gabungandari Efisien dalammemodelk anmaterial tanpadeformasi saat terjadidistorsi mesh Efisien dalampenggabung an materialyang kompleks Lagrangian danEulerian Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS Penggabung an antarametode Numerikal meshsudah tetap danmaterial fisiknyabergerak didalammeshing 2.

2.7. Smoothed Particle Hydrodynamics

  Sebagai tambahan, SPH adalah bentuk non-diskritasi yang tidak bergantung pada bentuk kisi dari material yang dimodelkan, tetapijuga memiliki keterbatasan dalam hal hubungan dengan material pemodelan, tidak dapat memodelkan material tertentu secaraspesifik, dan biaya komputasi yang tinggi. Bila dibandingkan dengan Euler, metode ini tergolong lebih efisien karena hanya memerlukan bagian tertentu darikeseluruhan material yang dimodelkan, tanpa harus menyertakan seluruh bagian material yang kemungkinan sisanya tidakmenghasilkan efek apapun terhadap hasil pemodelan.

2.8. Metode SPH pada Abaqus CAE

  Metode SPHmerupakan percabangan dari teknik Lagrangian yang memungkinkan diskritisasi persamaan kontinum yang ditentukanoleh interpolasi sifat secara langsung pada beberapa titik diskrit yang telah ditentukan untuk didistribusikan pada domain tanpa 16 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS perlu menentukan mesh spasial. Nilai variabel pada partikel yang diamati dapat didekati dengan menjumlahkan kontribusi dari sekumpulanpartikel tetangga yang kemudian dilambangkan dengan subskrip J, dimana fungsi kernel tidak diasumsikan dengan nol.

2.9. Defenisi Penghalusan Inti

  Bagian inti yang dalam hal ini berbentuk kubik harus diturunkan secara matematisminimal sekali dan hasil turunan harus berkesinambungan dan konstan untuk mencegah fluktuasi besar dalam gaya yang dialamioleh partikel. Untuk mengetahui proses penghalusan inti awalnya dengan mengestemasikan nilai dari densitas yang sebenarnya ( ρ), s (r) = , h) ) dr , ’ ’ ’ ∫ W(r-r ρ ρ (r (2.4)dengan, (2.5)W(r, h) dr = 1 , 18 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS dan hasil integrasi mencakup semua ruang pada inti.

2.10. Penelitian Sebelumnya

  Berturut-turut didapatkan nilai batas energi kinetik berdasarkan hasil simulasi adalah sebesar 33,94 J untuk peluruo dengan perlakuan temperatur sintering 200C, sebesar 46,88 J o untuk peluru dengan perlakuan temperatur sintering 300 C, sebesar 74,7 J untuk peluru dengan perlakuan temperatur sinteringo400 C, 136,74 J untuk peluru dengan perlakuan temperatur o sintering 500C, dan 319,31 J untuk peluru dengan perlakuan o temperatur sintering 600 C. Dari hasil validasi didapat nilai errordari simulasi ini adalah 14,21, 14,45, 13,42, 15,57, dan 10,19%, yang nilai ini didapat setelah membandingkan antara nilai batasenergi kinetik hasil simulasi dengan hasil analitis, beruturut-turut untuk peluru yang disintering pada temperatur 200, 300, 400, 500,o dan 600 C.

BAB II I METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

  Menentukan Properti Material Peluru dan Target3. Menggabungkan Geometry Peluru dan Target 4.

3.2 Desain Penelitian

  Nilai-nilai variabel yang digunakan dalam penelitian ini berdasarkan teori tentang peluru frangible dan penelitiansebelumnya. Ukuran fragmen diharapkan sesuai dengan penelitian sebelumnya 3.2.2 Variabel Proses Variabel proses adalah variabel yang nilainya ditentukan dan divariasikan dengan tujuan mendapatkan hasil dan analisatentang pengaruh variabel proses terhadap variabel respon.

3.3 Spesifikasi Material

3.3.1 Material Proyektil

  Sn atau yang kita kenal dengan namaTimah, adalah logam yang lunak dan ulet, juga tidak mudah teroksidasi dan terkorosi karena ia terlindung oleh lapisan oksida. Dan yang menjadi keunggulan dari timah adalah sifatnya yang spreadability dan wet sehingga mampu untuk membasahi substrat, 27 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS seperti tembaga, paduan tembaga, nikel, dan paduan nikel.

3.3.2 Material Target

  Material yang digunakan sebagai target adalah baja ST37, sesuai standar uji balistik dari PT Pindad. Namun karena dalamdunia industry baja ini sudah jarang digunakan, dan ada kesulitan dalam mencari standarnya (DIN), maka digunakan material daristandar yang berbeda namun ekuivalen dengan baja ST37, yaituASTM A36 Mild Steel.

3.4 Peralatan

  Menu dan CFD (general-purpose computational fluid dynamics program) dipilih karena dalam simulasi ini menitikberatkan hamburan partikel sebagai hasil dari impak antara peluru dengan target. 28 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS Gambar 3.2.

3.5 Proses Penelitian

3.5.1 Pemodelan Proyektil Cu-Sn 10%wt

  Pemodelan dari proyektil diawali dengan menentukan Element Type atau tipe elemen dari proyektil. Tipe elemen yang digunakan adalah solid deformable sebagaimana Gambar 3.4 berikut ini.

3. Menggabungkan isolated point dengan opsi create

  connected lines 30 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS 4. Menentukan luas permukaan dari garis yang terhubung dengan menu edit revolutiono5.

9. Menentukan inertia pada peluru dengan menu

  Mendefinisikan partikel agar hasil meshing peluru berubah menjadi PC3D sebagai syarat smoothed particle hydrodynamics, dalam hal ini nilai isotropic yang dimasukkan adalah 1 agar inti menjadi halus sebagaimana Gambar 3.5 berikut Gambar 3.5. Hasil Meshless Peluru Frangible Dengan Metode SPHHasil pemodelan peluru frangible dengan metode SPH diperoleh jumlah node sebanyak 8148 node.

3.5.2 Pemodelan Target

  Yang membedakannya hanyalah input properties danukuran approximate dari target yang diatur menjadi 800 karena target yang ukurannya lebih besar. Hal ini ditujukan agar node yangterdeformasi hanyalah milik peluru sehingga sesuai dengan tujuan penelitian ini.

4.1. Analisis Data

4.1.1. Penghitungan Kecepatan Awal

  Modulus elastisitas, massa rata-rata dan batas energi kinetik pada variasipeluru frangible hasil sintering temperatur masing-masing 200, o 300, 400, 500 dan 600 C dituliskan pada Tabel 4.1 berikut ini. Kecepatan awal peluru dengan kaliber 9mm yang digunakan dalam metode eksperimental saat pertama kali keluar dari laras senapanm bernilai 351 / s dengan jarak tembak 3 meter.

4.1.2. Penghitungan Frangibility Factor Secara Analitik

  Oleh 35 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS karena itu, apabila salah satu dari sekian banyak faktor tersebut berubah maka akan berpengaruh terhadap penurunan nilai energikinetik ketika peluru bertumbukan dengan pelat (E k ). Akibat dari menurunnya nilai energi kinetik adalah turut menurunnya nilai frangibility factor yang nilai asalnya sesuai dengan penelitian Firmansyah (2015) dengan temperatur sintering masing-masing o 200, 300, 400, 500, dan 600 C adalah 9.34, 6.74, 4.29, dan 2.28.

3 Sehingga dari sini, dari masing-masing peluru bisa

  36 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS 1 2 = 2 dimana 1 2 = 2 . 345,19= 364.55 Sehingga, dapat diketahui nilai dari Frangibility Factor secara analitis adalah sebagai berikut :364.55 =39,56 = 9,21Dengan pola interpolasi perhitungan yang sama menggunakan data berupa energi kinetik, kecepatan tembak, danmodulus elastisitas hasil simulasi tembakan peluru frangible terhadap plat baja sebagai objek tembak diperoleh nilai frangibilityo factor dari temperatur sintering 200, 300, 400, dan 500 C seperti pada Tabel 4.2 berikut ini : Tabel 4.2.

4.2. Hasil Pemodelan

4.2.1. Kondisi Impak

  Pada pemodelan peluru frangible dengan menggunakan software ABAQUS CAE 6.14-5_STUDENT_VER, diperoleh hasil simulasi untuk masing-masing temperatur sintering 200, 300, 400, o 500 dan 600 C sebagai berikut : (a) (b) (c) 38 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS(d) (e) Gambar 4.1. Jarak tembak pemodelan adalah mm, dan efek 39 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS richochet melewati jarak awal peluru ditembakkan.

4.2.2. Proses Impak dan SPH Analisis

  (a) (b) (c) 42 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS(d) (e) (f) 43 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS(g) (h) (i) 44 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS(j) (k) (l) 45 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS(m) (n) Gambar 4.3. Grafik Energi Kinetik pada Temperatur (a) 200, (b) o 300, (c) 400, (d) 500, dan (e) 600 CDari Gambar 4.4 yang menampilkan grafik energi kinetik dari setiap peluru, diketahui nilai energi kinetik adalah sekitar 357, 338, 325, 329, dan 362 J untuk masing-masing peluru sintering o200, 300, 400, 500, dan 600 C.

4.3. Validasi Data Hasil Pemodelan

  Kecepatan peluru pada pemodelan berbeda dengan eksperimen karena ada beberapa faktor yang diabaikan,yang terdapat pada eksperimen namun tidak diperhitungkan pada 49 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS pemodelan, yaitu gesekan dengan udara, kelembaban udara, dan kecepatan serta arah angin. Dimana : 50 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS 2 (357,01)= √ 0,00612 m s/ = 341,1Maka dengan cara yang sama dilakukan perhitungan kecepatan setelah bertumbukan untuk masing-masing peluru sehinggadidapatkan nilai dari masing-masing peluru seperti yang terterapada Tabel 4.4 berikut ini : Tabel 4.4.

C) Kinetik(J) Kinetik (J)

  Hal ini membuktikan bahwa hasil analisis frangibility factor yang paling besar adalah peluru dengan Dari hasil simulasial dengan analitik, diketahui bahwa hasil 500 2,09 2,26 7,52 600 1,01 1,04 5,76 3,76 4,22 10,90 200 9,02 9,21 2,10 300 6,16 6,65 7,36400 Temperatur Sintering (o Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS Hasil Simulasi dengan Analitis Tabel 4.9. Fragmen peluru frangible dari temperatur a) 200, b) 300, c) 400, dan d) 500 C (Firmansyah,2015) 57 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS Sedangkan untuk hasil simulasial sebagaimana Gambar4.1 pada halaman 37.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

  Sebagaiperbandingan antara hasil simulasi dengan hasil dari analitis, nilai dari frangibility factor adalah 9,02 ; 6,16 ;3,76 ; 2,09 ; 1,01 ; berturut-turut untuk temperatur sintering o200, 300, 400, 500, dan 600 C dimana errornya berdasarkan hasil perhitungan analitis adalah 0,02 ; 0,03 ;0,17 ; 2,21 ; dan 2,39 dalam persen. Sebagai perbandingan dari hasil simulasi dengan hasil dari eksperimen, nilai dari frangibility factor adalah9,02 ; 6,16 ; 3,76 ; 2,09 ; 1,01 ; berturut-turut untuk o temperatur sintering 200, 300, 400, 500, dan 600 C dimanaerrornya berdasarkan hasil eksperimen adalah 3,42 ; 8,60 ;12,35 ; 8,33 ; dan 3,81 dalam persen.

5.2 Saran

  Beberapa saran yang diajukan penulis untuk perbaikan pada penelitian selanjutnya karena terdapat kekurangan dalamtugas akhir ini yaitu a. Perlu adanya penelitian lebih lanjut mengenai model material, kriteria kegagalan, dan algoritma yang cocok agar menghasilkan pemodelan peluru frangible yang lebihakurat.

DAFTAR PUSTAKA

  Pengaruh Temperatur Sintering Metode Metalurgi Serbuk Terhadap Frangibility dan PerformaBalistik Peluru Frangible Komposit Cu-10%wtSn. Dusseldorf :Rheinmetall 62 Laporan Tugas Akhir Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS Jonas, G H.

Dokumen baru

Aktifitas terkini

Download (92 Halaman)
Gratis

Tags

Dokumen yang terkait

Numerical Investigation of 2D Lid Driven Cavity using Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) Method.
0
5
10
Simulasi 2-D Aliran Darah pada Kasus Penyempitan Pembuluh Darah Arteri Menggunakan Metode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)
0
0
10
Pengaruh Komposisi Sn Dan Variasi Tekanan Kompaksi Terhadap Densitas Dan Kekerasan Komposit Cu-Sn Untuk Aplikasi Proyektil Peluru Frangible Dengan Metode Metalurgi Serbuk
0
0
6
Implementasi Particle Swarm Optimization dalam Greedy Perimeter Stateless Routing (GPSR) pada VANETs - ITS Repository
0
0
115
PHALAMAN JUDUL - Analisis Tegangan Pipa saat Towing pada Proses Instalasi dengan Metode Surface Tow - ITS Repository
0
0
103
Pemodelan Pengaruh Kecepatan Peluru Dan Arah Serat Komposit Terhadap Kekuatan Impak Balistik Komposit E-Glass/Isophthalic Polyester - ITS Repository
0
0
138
HALAMAN JUDUL - Simulasi Numerik Deposisi Charged Aerosol Particle Pada Porous Structure - ITS Repository
0
0
182
Optimasi Penempatan dan Kapasitas DG untuk Meminimalisasi Rugi Daya dengan Mempertimbangkan Kestabilan Tegangan Menggunakan Metode Craziness based Particle Swarm Optimization (CRPSO) - ITS Repository
0
0
65
HALAMAN JUDUL - Rekonsiliasi Data Pada PLTGU Gresik Menggunakan Particle Swarm Optimization (PSO) - ITS Repository
0
0
112
Analisis Stabilitas Transien dengan Mempertimbangkan Beban Dinamis Menggunakan Metode Time Domain Simulation - ITS Repository
0
0
111
Pengurangan Rugi Daya dengan Rekonfigurasi dan Penempatan Kapasitor mempertimbangkan Kontingensi Menggunakan Metode Binary Integer Programming dan Particle Swarm Optimization - ITS Repository
0
0
81
Aplikasi CAM NX Machining Pada Pembuatan Dies Untuk Selongsong Peluru Kaliber 20 MM - ITS Repository
0
0
157
Rancang Bangun Cup Ejector pada Proses Deep Drawing Cup Selongsong Peluru Kaliber 20 mm - ITS Repository
0
0
89
Analisis Kemampuan Rompi Anti Peluru yang Terbuat dari Komposit HGM - Epoxy dan Serat Karbon dalam Menyerap Energi Akibat Impak Peluru - ITS Repository
0
0
95
Simulasi dan Analisa Tegangan Impak Pada Rim Velg Truk dengan Metode Elemen Hingga - ITS Repository
0
0
110
Show more