Karena sifat spesifik beratnya yang luar biasa, material komposit serat saat ini telah diterapkan di berbagai industri. Karena biaya yang tinggi pada masa lampau komposit hampir secara eksklusif digunakan dalam industri kedirgantaraan. Sekarang, berbagai bagian dalam industri otomotif dan sepeda motor terbuat dari bahan ini. Dengan menggabungkan bahan serat dan matriks yang berbeda serta pembuatan struktur laminar dengan orientasi lapisan yang berbeda, dimungkinkan secara khusus mempengaruhi sifat mekanik untuk menghasilkan komponen yang sangat ringan.

Meskipun ada berbagai proses manufaktur yang berbeda, semua metode memiliki aspek yang sama, yaitu sifat material akhir diatur selama produksi, di mana parameter proses menjadi penentu. Tergantung pada jenis prosesnya, hamburan (scattering) mungkin terjadi di prosedur produksi. Selain kesalahan geometri dan sudut dari lapisan individu, kesalahan manufaktur seperti bundle serat yang bergelombang, akumulasi serat atau resin, impregnasi serat yang tidak mencukupi atau pengerasan yang tidak sempurna dapat terjadi. Tergantung pada kualitas proses pembuatannya, fitur-fitur ini dapat dikurangi, tetapi tidak sepenuhnya dihindari.

Berdasarkan contoh struktur komposit serat dari sektor sepeda motor, pendekatan baru menggunakan perangkat lunak Ansys Statistics on Structure akan disajikan dalam artikel ini untuk mengukur hamburan produksi ini dan untuk langsung mentransfernya kembali ke dalam simulasi. Contoh simulasi diambil dari eksperimen perusahaan sepeda motor KTM yang sedang mendesain komponen motor KTM Rally 450 bagian depan menggunakan komposit.

Overview

Untuk memberikan gambaran umum tentang prosedur, semua langkah awalnya dibuat sketsa di contoh aplikasi. Sebagai titik awal, RB-BC (roadbook base carrier) digunakan dengan standar struktur lapisan dan kasus beban yang relevan didefinisikan. Mereka juga dipilih sedemikian rupa sehingga dapat diterapkan dengan akurasi pengukuran yang tinggi dalam percobaan. Kondisi pembebanan kekakuan yang dievaluasi mencerminkan penggunaan RB-BC dalam praktiknya, tetapi hanya mewakili sebagian dari kasus beban operasi yang digunakan untuk desain. Analisis pretest menggunakan Statistik pada Struktur menentukan titik pengukuran dengan manfaat informasi maksimum dari hamburan (scattering) yang terjadi.

Ketiga skenario pengujian kembali dilakukan pada tiga RB-BC yang identik namun sedikit tercecer karena proses pembuatannya. Dalam setiap percobaan, empat titik pengukuran yang ditentukan oleh analisis pretest dipilih, yang juga mudah diakses dalam desain eksperimental. prosedur tes diulang lima kali dalam setiap kasus untuk mendeteksi kesalahan pengukuran disebabkan oleh fasilitas pengujian. Dengan demikian, total 240 nilai deformasi dipertimbangkan. Data pengukuran ini dievaluasi, diterapkan pada simulasi sebagai referensi titik dan digunakan untuk definisi fungsi target untuk kalibrasi berikutnya. Untuk ketidakpastian yang harus dikalibrasi, parameter berikut adalah: diperkenalkan untuk pemetaan sifat hamburan ke dalam model simulasi:

• Orientasi lapisan.
• Ketebalan lapisan.
• Sifat material.
• Bidang degradasi untuk mendeteksi hamburan lebih lanjut

Dengan model simulasi yang dikalibrasi, evaluasi ketahanan dapat dilakukan dilakukan dengan menggunakan parameter yang sama dan kesimpulan dapat diturunkan dari hasil untuk meningkatkan kualitas produk.

Simulasi Beban Desain

Kondisi pembebanan dalam desain komponen rumit dan tidak hanya kekakuan statis dan beban kekuatan, tetapi juga beban tabrakan dinamis untuk pertimbangan jatuh dan terguling tertentu. Karena terlalu memakan waktu untuk mempertimbangkan semua kasus beban desain untuk evaluasi metodologi hamburan, kasus direduksi menjadi kasus kekakuan untuk pembawa dasar roadbook yang dipertimbangkan secara terpisah untuk menghilangkan efek dari komponen di sekitarnya (dan hamburannya) pada hasil.

Simulasi Beban Uji

Di satu sisi, ini dipilih dengan cara yang masih mewakili tes asli dan, di sisi lain, untuk memastikan eksperimen dilakukan dengan sesedikit mungkin pengukuran hamburan. Mereka mewakili yang esensial yang dapat dijelaskan dalam pengukuran selanjutnya dengan cara perpindahan pada titik-titik tertentu. Pemodelan lapisan berorientasi objek struktur dilakukan secara ketat dalam Ansys Composite Prepost sesuai dengan instruksi manufaktur yang diringkas. Orientasi diatur oleh penyesuaian beberapa sistem koordinat, sehingga memungkinkan variasi cepat dari orientasi fiber.

Kalibrasi Simulasi ke Hasil Tes

Parameter berikut sekarang tersedia untuk kalibrasi simulasi ke hasil pengujian:

Analisis toleransi untuk menentukan akurasi pembuatan alat kelengkapan yaitu:

• Sifat material (modulus elastisitas berarah melintang atau searah serat, modulus geser).
• Ketebalan lapisan.
• Orientasi lapisan.
• Amplitudo bentuk hamburan untuk menggambarkan bidang degradasi.

Untuk mengkalibrasi hasil simulasi dengan hasil pengujian, dilakukan optimasi untuk masing-masing roadbook base carrier. Tujuannya adalah meminimalkan penyimpangan secara bersamaan di semua 12 titik pengukuran. 12 suku fungsi target diberi bobot sehubungan dengan nilai referensi dari masing-masing pengukuran. Jumlah parameter yang akan dikalibrasi masih sangat banyak (>50) akan menyebabkan jumlah yang tinggi dalam perhitungan berjalan. Untuk alasan ini, terlebih dahulu, studi sensitivitas dilakukan untuk memisahkan parameter yang tidak penting dari parameter penting dan untuk menghilangkannya dalam optimasi berikutnya. Penggunaan 12 titik pengukuran dalam fungsi target meningkatkan kemungkinan hasil yang jelas.

PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!

>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI

>> YOUTUBE PT TENSOR

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

https://www.ansys.com/content/dam/product/platform/optislang/ansys-ktm.pdf (diakses pada tanggal 15 Maret 2022)

Perkembangan teknologi yang begitu cepat turut mendorong kebutuhan akan produk yang lebih kompetitif dari segi desain dan aplikasinya. Kebutuhan aplikasi produk yang lebih kompetitif tentu saja menciptakan kebutuhan material yang lebih “canggih” pula, sehingga produk yang dihasilkan lebih kuat, tahan lama namun tetap ringan dan ekonomis.

Setelah sekian lama industri teknik banyak “bermain” dengan material logam seperti besi, baja dan sejenisnya kemudian berkembang menggunakan material plastik, kini telah berkembang material baru yang penggunaanya lebih menguntungkan yaitu material komposit. Material komposit adalah kombinasi dari dua bahan utama, yaitu fiber atau penguat serta resin atau pengikat (untuk penjelasan material komposit secara umum klik disini).

1. Fiber. Berbentuk jahitan, lembaran atau bulu-bulu yang bisa dengan mudah dipotong dan bersifat seperti kain. Material ini terbentuk dari serat-serat atau fiber yang sangat tipis, meskipun masing-masing fiber sangat kuat, namun wujudnya yang berupa serat-serat tipis membuatnya tidak dapat menahan beban dengan baik.

2. Resin. Merupakan bahan yang cair mirip seperti lem yang kental. Jika resin dicampur dengan katalis atau pemercepat reaksi, maka resin dapat mengering menjadi material yang padat, sangat keras namun getas (mudah retak seperti kaca).

Kombinasi antara bahan serat fiber yang sangat kuat dengan resin sebagai pengikatnya menghasilkan material dengan sifat gabungan antara fiber dan resin yaitu sangat kuat, keras, namun tetap ulet (tidak getas seperti resin). Sifat resin yang tahan terhadap air dan bahan kimia membuat material komposit sangat cocok digunakan pada aplikasi yang korosif ataupun basah.

Karena serat fiber memiliki arah-arah serat yang dapat diatur dengan mudah, material komposit ini menjadi efektif dalam penggunaan kekuatanya. Analoginya adalah seperti bahan triplek atau plywood, bahan ini mudah ditekuk pada arah serat tertentu dan sulit ditekuk pada arah serat lainya.

Efektifitas penggunaan kekuatan ini mengakibatkan material komposit lebih ringan dibandingkan bahan lainya untuk volume yang sama, bahkan lebih kuat dari baja! Bahkan material ini tidak jarang digunakan bahkan untuk turbin angin atau pesawat terbang.

Material komposit yang paling umum digunakan untuk aplikasi sehari-hari adalah fiberglass ( untuk penjelasan detail terkait fiberglass klik disini). Fiberglass adalah salah satu material komposit yang serat fibernya berbahan serat kaca. Material fiberglass banyak digunakan karena sifatnya yang kuat, ringan, tangguh, tahan karat dan air serta relatif paling ekonomis. Aplikasi dari material fiberglass hampir sama dengan plastik, namun material fiberglass dapat dibuat dengan proses yang relatif lebih mudah dan praktis bahkan untuk ukuran-ukuran yang sangat besar. Material fiberglass juga jauh lebih ulet dibandingkan dengan plastik. (untuk perbandingan fiberglass dan plastik klik disini)

Berikut adalah contoh penggunaan material fiberglass yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari:

• Tempat sampah fiberglass

• Kursi tunggu fiberglass

• Bak air fiberglass

• Wahana permainan fiberglass

• Atap gelombang fiberglass

• Wahana air fiberglass

• Septic Tank Fiberglass

• Perahu Fiberglass

• Storage tank fiberglass

• Tanki air fiberglass

• Turbin angin fiberglass

• Pesawat terbang ringan (kombinasi dengan serat karbon)

Dan masih banyak sekali untuk disebutkan satu persatu. Dapat diperhatikan bahwa penggunaan material ini dimulai dari produk-produk sederhana seperti tempat sampah dan kursi, produk dengan lingkungan yang ekstrim seperti septic tank dan storage tank hingga produk dengan kebutuhan performa yang tinggi seperti perahu, turbin angin dan pesawat terbang.

By Caesar Wiratama

aeroengineering.co.id merupakan jasa layanan dibawah PT Markom Teknologi Engineering dengan berbagai jenis solusi, mulai dari drafting CAD, pembuatan animasi, simulasi aliran dengan CFD dan simulasi struktur dengan FEA. Pelajari selengkapnya di sini.