prosiding - repositori.unud.ac.id file7. studi peningkatan waktu tempuh kendaraan akibat kemacetan...
Post on 09-Jun-2019
234 Views
Preview:
TRANSCRIPT
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2014
!Peranan Sains dan Teknologi yang Berwawasan Lingkungan dalam Meningkatkan Kesejahteraan Umat Manusia"
Denpasar - Bali, 18 - 19 September 2014 | iii
UDAYANA UNIVERSITY PRESS
2014
PROSIDING
SEMINAR NASIONAL SAINS
DAN TEKNOLOGI 2014
!Peranan Sains dan Teknologi yang Berwawasan Lingkungan
dalam Meningkatkan Kesejahteraan Umat Manusia"
Denpasar, 18 - 19 September 2014
LEMBAGA PENELITIAN DAN PENGABDIAN
KEPADA MASYARAKAT
UNIVERSITAS UDAYANA
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2014
!Peranan Sains dan Teknologi yang Berwawasan Lingkungan dalam Meningkatkan Kesejahteraan Umat Manusia"
iv | Denpasar - Bali, 18 - 19 September 2014
PROSIDING
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2014
!Peranan Sains dan Teknologi yang Berwawasan Lingkungan
dalam Meningkatkan Kesejahteraan Umat Manusia"
Denpasar, 18 - 19 September 2014
Editor
Prof. Dr. drh. I Nyoman Suarsana, M.Si
Prof. Dr. Ir. I Gede Mahardika, MS.
Prof. Dr. Ir. I Gede Rai Maya Temaja, MP.
Prof. Dr. drh. Ni Ketut Suwiti, M.Si.Prof. Dr. Ir. I Made Alit Karyawan Salain, DEA.
Ir. I Nengah Sujaya, M.Agr.Sc., Ph.D.
Prof. Dr. I Wayan Budiasa Suyasa, M.Si.
Prof. Dr. Ir. Bambang Admadi H., MP.
Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST., MT., Ph.D.
Prof. Dr. Drs. Ida Bagus Putra Yadnya, MA.
Dr. Ni Nyoman Kertiyasa, SE., M.S.
Prof. Dr. I Wayan Kasa, M.Rur.Sc
Diterbitkan Oleh:
Udayana University Press
Kampus Universitas Udayana Denpasar
2014, xxviii + 1032 halaman, 21 x 29,7 cm
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2014
!Peranan Sains dan Teknologi yang Berwawasan Lingkungan dalam Meningkatkan Kesejahteraan Umat Manusia"
Denpasar - Bali, 18 - 19 September 2014 | xv
KATA PENGANTAR ..................................................................................................................... vii
SAMBUTAN KETUA PANITIA ................................................................................................... ix
SAMBUTAN KETUA LPPM UNIVERSITAS UDAYANA ....................................................... xi
SAMBUTAN REKTOR UNIVERSITAS UDAYANA ................................................................ xiii
PEMBICARA UTAMA
1. PERANAN SAINS DAN TEKNOLOGI YANG BERWAWASAN LINGKUNGAN
DALAM MENINGKATKAN KESEJAHTERAAN UMAT MANUSIA
Prof. Dr. dr. Ketut Suastika, Sp.PD-KEMD .......................................................................... 3
2. PETA JALAN KEBIJAKAN NASIONAL ENERGI BARU DAN TERBARUKAN
Prof. Dr. Ir. IGN Wiratmaja Puja, MSc.. ................................................................................ 5
3. KEBIJAKAN PENGELOLAAN HUTAN PRODUKSI DALAM MEWUJUDKAN
PENGELOLAAN HUTAN LESTARI (PHL)
Dr. Ir. Agus Sarsito, M.For.Sc. ............................................................................................... 6
4. PERSPEKTIF NANO SCIENCE DALAM BIOLOGI
Prof. Sutiman Bambang Sumitro, MS., D.Sc. ...................................................................... 7
5. PENGEMBANGAN INDUSTRI PANGAN SEBAGAI STRATEGI DIVERSIFIKASI
DAN PENINGKATAN DAYA SAING PRODUK PANGAN
Prof. Dr. Ir. Purwiyatno Hariyadi, M.Sc. .............................................................................. 8
PRESENTASI ORAL: BIDANG KETAHANAN PANGAN
1. PROPAGASI SPORA ENDOMIKORIZA INDIGENUS BALI MENGGUNAKAN
TANAMAN INANG YANG BERBEDA
Meitini Wahyuni Proborini dan Ida Bagus Gede Darmayasa ................................................ 21
2. STUDI JENIS DAN POTENSI SAMPAH KOTA
DI TPA SUWUNG SEBAGAI SUMBER PAKAN UNTUK PEMELIHARAAN SAPI BALI
N.L.P. Sriyani, T Ariana I.N, Lanang Oka Cakra, I.G ........................................................... 26
3. EFEK TOKSISITAS EKSTRAK RUMPUT LAUT COKLAT
Turbinaria SEBAGAI FOOD ADDITIVE ALAMI
Pramono Sasongko, Endang Rusdiana .................................................................................. 31
DAFTAR ISI
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2014
!Peranan Sains dan Teknologi yang Berwawasan Lingkungan dalam Meningkatkan Kesejahteraan Umat Manusia"
xxii | Denpasar - Bali, 18 - 19 September 2014
PRESENTASI ORAL: BIDANG TRANSPORTASI DAN MANUFAKTUR
1. KERUGIAN ENERGI BBM SELAMA MASA PROYEK REKONSTRUKSI JALAN
Dewa Ketut Sudarsana, Harnen Sulistio, Achmad Wicaksono dan LudÞ Djakfar .............. 473
2. UNJUK KERJA AUTOMATIC RETORT POUCH KAPASITAS PENUH
Asep Nurhikmat dan Tommy Hendrix ................................................................................... 478
3. SIFAT MEKANIS KOMPOSIT POLYESTER DENGAN PENGUAT SERAT
TAPIS KELAPA
I Made Astika dan I Gusti Komang Dwijana ......................................................................... 485
4. EFEK MEDIA PENDINGIN PACK CARBURIZING
TERHADAP DISTRIBUSI KEKERASAN BAJA KARBON RENDAH
Dewa Ngakan Ketut Putra Negara, I Dewa Made Krisnha Muku, I Ketut Gede Sugita,
I Made Astika, I Wayan Mustika, Dewa Gde Rudy Prasetya ............................................... 493
5. KARAKTERISASI INSTALASI PERPIPAAN POMPA BOOSTER
Anak Agung Adhi Suryawan, Made Suarda .......................................................................... 500
6. EFEKTIVITAS REDESAIN PENAMPUNGAN UDARA PEMBAKARAN TERHADAP
DISTRIBUSI TEMPERATUR PADA TUNGKU PELEBURAN PERUNGGU
BAHAN GAMELAN BALI
IGN.Priambadi, AAIA.Sri Komaladewi, IPG.Arthayasa ...................................................... 505
7. STUDI PENINGKATAN WAKTU TEMPUH KENDARAAN AKIBAT KEMACETAN
TRANSPORTASI PADA LALU LINTAS HETEROGEN
M. Isran Ramli, Sumarni H. Aly, AriÞ n Liputo, Muralia Hustim ......................................... 510
8. MODEL BESARAN EMISI SEPEDA MOTOR BERBASIS SIKLUS MENGEMUDI
PADA KONDISI LALU LINTAS HETEROGEN
Muhammad Arafah, Mary Selintung, Sumarni H. Aly , M. Isran Ramli ............................... 519
9. APLIKASI DIFFERENTIAL-DRIVE MOBILE LEGO MINDSTORMS NXT
I Wayan Widhiada, Cok.Indra Partha, Wayan Reza Yuda A.P .............................................. 528
10. PENGARUH FRAKSI BERAT SERAT TERHADAP KEAUSAN PADA KOMPOSIT
POLYETHYLENE TEREPHTHALATE DAUR ULANG BERPENGUAT SERAT
SABUT KELAPA
I Putu Lokantara, NPG Suardana, Ramahadi Putra ............................................................... 536
11. INVESTIGASI KUALITATIF SIFAT AKUSTIK PRODUK GAMELAN BALI BERBAHAN
DASAR PERUNGGU SILIKON
I KetutGede Sugita, I G. N Priambadi, Cok.IstriPutriKusuma K. ......................................... 543
12. PENENTUAN SIFAT PLASTIK LOGAM MENGGUNAKAN
MODEL NUMERIK INDENTASI DUAL INDENTER
I Nyoman Budiarsa ................................................................................................................ 550
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2014
!Peranan Sains dan Teknologi yang Berwawasan Lingkungan dalam Meningkatkan Kesejahteraan Umat Manusia"
Denpasar - Bali, 18 - 19 September 2014 | xxiii
13. MEREDAM OSILASI MENGGUNAKAN METODE GABUNGAN BFA-PSO PADA
SISTEM INTERKONEKSI KELISTRIKAN JAWA BALI
IBG Manuaba, N Budiastra ................................................................................................... 557
14. STUDI BESARAN EMISI KENDARAAN RINGAN DALAM KONDISI DIAM PADA
RUAS JALAN DI KOTA MAKASSAR
Sumarni H. Aly, Muralia Hustim, Achmad Zubair, M. Isran Ramli ...................................... 566
15. KEAUSAN BAJA KARBON (0,65% C) AKIBAT BEBAN GELINDING-LUNCUR
DUA ARAH BERLAWANAN PADA PERMUKAAN KONTAK BASAH
I Made Widiyarta, I Made Parwata, I Made Gatot Karohika, I Putu Lokantara
dan Made Arie Satryawan ...................................................................................................... 574
16. ANALISIS NILAI DAN BIAYA ANGKUT KOMODITI
PADA TRANSPORTASI BARANG DI PROVINSI SULAWESI SELATAN
Hakzah Setiyono, Lawalenna Samang, M. Isran Ramli, Rudy Djamaluddin ........................ 579
17. ANALISIS WAKTU TEMPUH PADA PERJALANAN BERBELANJA
KE PASAR TRADISIONAL DI KOTA MAKASSAR
Mubassirang Pasra, M. Saleh Pallu, M. Isran Ramli, Sakti Adji Adisasmita ........................ 586
18. STUDI TINGKAT KEBISINGAN LALU LINTAS HETEROGEN
PADA JARINGAN JALAN DI KOTA MAKASSAR
MuraliaHustim, Sumarni H. Aly, AriÞ nLiputo, DewiSriastuti Nababan ............................... 594
19. PENGARUH SUDUT ORIFIS TERHADAP PERMANENT PRESSURE DROP DAN
DISCHARGE COEFFICIENT PADA ORIFICE FLOW METER
Ainul Ghurri, SPG Gunawan Tista ........................................................................................ 602
20. RANCANG BANGUN MESIN PEMISAH DAN PENCACAH SAMPAH ORGANIK
DAN ANORGANIK UNTUK MENGHASILKAN SERPIHAN SAMPAH ORGANIK
LEBIH KECIL SEBAGAI BAHAN KOMPOS
I Gede Putu Agus Suryawan, Cok. Istri P. Kusuma Kencanawati,
I Gst. A. K. Diafari D. Hartawan ........................................................................................... 610
21. PENGARUH KOMPOSISI PENGUAT SIC
W DAN AL
2O
3 PARTIKEL
PADA KARAKTERISTIK ALUMINIUM MATRIK KOMPOSIT
Ketut Suarsana, Rudy Soenoko, Agus Suprapto, Anindito Purnowidodo ............................. 617
22. ANALISA SKID DAN GULING KENDARAAN PENGOLAH SAMPAH
I Ketut Adi Atmika, I DG. Ary Subagia, Tjok Gde Tirta Nindhia ......................................... 624
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2014
!Peranan Sains dan Teknologi yang Berwawasan Lingkungan dalam Meningkatkan Kesejahteraan Umat Manusia"
550 | Denpasar - Bali, 18 - 19 September 2014
PENENTUAN SIFAT PLASTIK LOGAM MENGGUNAKAN
MODEL NUMERIK INDENTASI DUAL INDENTER
I Nyoman Budiarsa
Jurusan Teknik Mesin. Universitas Udayana Bali. Indonesia
E-mail : nyoman.budiarsa@me.unud.ac.id
Abstrak
Indentasi merupakan metode pengujian bahan penting di mana indentor tajam (Vickers) atau tumpul (spherical)
ditekan ke dalam permukaan material. Salah satu keuntungan yang signiÞ kan dari Indentasi adalah sederhana dan
hanya membutuhkan sejumlah kecil sampel didalam pengujian sifat bahan. Namun, indentasi tes dapat dipengaruhi
oleh banyak faktor (seperti bentuk indentor, bahan deformasi sekitar indentor dan kondisi eksperimental, dll). Dalam
karakterisasi material dengan indentasi, perilaku material diwakili oleh beban (P)-perpindahan (h) dalam kurva
(kurva P-h). Namun, meskipun begitu luasnya penggunaan indentasi, perilaku bahan (diwakili oleh kurva kekerasan
atau P-h) tidak secara eksplisit terkait dengan sifat material konstitutif. Disisi lain Penelitian lebih lanjut diperlukan
untuk dapat memprediksi kurva P-h dan atau kekerasan serta resistensi lekukan dari konstitutif parameter bahan, hal
ini juga sangat penting untuk penelitian dan penggunaan praktis untuk mengeksplorasi potensi untuk menggunakan
indentasi data untuk memprediksi konstitutif properti suatu bahan. Ini berpotensi memberikan cara yang lebih cepat
untuk identiÞ kasi parameter material dan diterapkan dalam situasi di mana spesimen standar tidak tersedia. Untuk
itu diperlukan pemahaman serta program rinci yang mampu menghubungkan konstitutif properti dari bahan, kurva
Ph dan kekerasan dengan indentor baik tajam dan bulat. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa kekerasan
dapat berhubungan dengan representative stress ( r) bahan indentasi, sesuai dengan reprensentative strain ( r),
yang merupakan nilai regangan plastik rata-rata yang dihasilkan. Konsep ditambah dengan pemodelan elemen
hingga (FE) telah berhasil digunakan dalam menganalisis indenters Vickers dan indentor bulat (spherical) dalam test
Rockwell B. Dalam kasus ini, hubungan dibangun antara parameter bahan dan kurva P-h alami dapat menyebabkan
estimasi kekerasan langsung dari parameter bahan (seperti yield stress dan koeÞ sien pengerasan regangan) Dalam
Penelitian ini, hubungan antara konstitutif parameter bahan ( y dan n) dari bahan elasto-plastik, kurva indentasi
P-h dan kekerasan dengan indenters tajam telah sistematis diselidiki dengan menggabungkan analisis tegangan
representatif dan FE pemodelan menggunakan baja sebagai sistim bahan. Model FE indentasi Vickers dan Spherical
telah dikembangkan dan divalidasi. Sebuah pendekatan untuk memprediksi kurva P-h dari sifat material konstitutif
telah dikembangkan dan diuji berdasarkan hubungan antara kelengkungan (curvature) indentasi dari sifat material
dan stres representatif. Persamaan dan prosedur yang ditetapkan kemudian berhasil digunakan dalam memprediksi
penuh kurva lekukan P-h. Konsep dan metodologi yang dikembangkan akan digunakan untuk memprediksi nilai-
nilai kekerasan (Hv) serta nilai kekerasan Rockwell B (HRB) dari bahan melalui analisis langsung dan divalidasi
dengan data eksperimen pada sampel yang dipilih dari baja. validasi terhadap kelayakan FE model tersebut dalam
menginvestigasi pendekatan untuk sistem bahan, dan menetapkan faktor yang mempengaruhi akurasi dan ketahanan
pendekatan program elemen hingga dilakukan. Sebuah pendekatan baru untuk memprediksi nilai-nilai kekerasan
dikembangkan berdasarkan hubungan 3D antara Hardness, yield stress ( y) dan koeÞ sien pengerasan regangan (n).
proses prediksi parameter material berdasarkan interseksi antara kurva kelengkungan (curvature) indentasi dari
material properties dual indentor pada Vickers dan indentasi spherical. Pendekatan (yaitu memprediksi kekerasan)
yang diusulkan telah berhasil digunakan untuk menghasilkan nilai-nilai kekerasan berbagai sifat material, yang
kemudian digunakan untuk membangun hubungan antara nilai-nilai kekerasan dengan stress representatif. Ini
menyediakan alat yang berguna untuk mengevaluasi kelayakan menggunakan nilai kekerasan dalam memprediksi
parameter bahan konstitutif dengan mengacu pada akurasi dan keunikan oleh pemetaan melalui semua bahan
potensial rentang.
Kata kunci: Yield stress ( y), KoeÞ sien pengerasan regangan (n), HV, HRB.
1. PENDAHULUAN
Evaluasi terhadap karakteristik material sering dikaitkan dengan penggunaan Indentasi sebagai
metode pengujian bahan yang penting, yang dilakukan dengan menggunakan indentor tajam (Vickers,
Berkovich, dll) atau tumpul (Brinell, Rockwell, dll). Nilai kekerasan bahan (Hardness value) didasarkan
pada perlawanan material ketika sebuah deformasi lokal terjadi pada permukaan solid. Dalam indentasi,
bila sebuah indentor ditekan ke permukaan spesimen, maka ukuran lekukan permanen terbentuk dan
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2014
!Peranan Sains dan Teknologi yang Berwawasan Lingkungan dalam Meningkatkan Kesejahteraan Umat Manusia"
Denpasar - Bali, 18 - 19 September 2014 | 551
dapat diukur untuk mewakili resistensi lekukan (yaitu kekerasan material). Perkembangan terbaru dalam
dalam instrumentasi test indentasi untuk uji indentasi kontinyu respon perilaku material pada pengujian
didasarkan oleh beban (P) dan perpindahan (h) pada kurva (p-h) indentasi.
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
(Dao et al., 2001). Karya sebelumnya menunjukkan kekerasan yang dapat berhubungan dengan tegangan
representatif ( r) (Budiarsa et. al., 2013, 2014), sesuai dengan regangan representatif ( r) yang merupakan
regangan plastik rata-rata yang dihasilkan pada indentasi. Konsep ditambah dengan pemodelan elemen
hingga (FE) telah berhasil digunakan dalam menganalisis indentor tajam di mana regangan dan tegangan
representatif dideÞ nisikan dengan baik dengan menggunakan sudut indentor tetap (Dao et al, 2001; Kang
et al 2010). Dalam kasus ini, hubungan yang dihasilkan antara parameter material dan kurva P-h akhirnya
dapat digunakan untuk mengestimasi kekerasan dari parameter bahan. Perkembangan selanjutnya, banyak
karya telah dieksplorasi dalam mencari cara untuk melakukan prediksi terbalik (inverse prediction) sifat
material dari indentasi (Dao et al., 2001).
Kebanyakan penelitian telah berfokus pada menggunakan kurva P-h penuh sementara hubungan
antara kekerasan dan sifat bahan konstitutif sebagian besar didasarkan pada data empiris. Sebagai contoh
untuk logam elasto-plastik, sebagian besar data properti dan nilai kekerasan telah tersedia terutama
menggunakan kekuatan tegangan luluh ( y) dan kekuatan tarik utama( t) (Busby et al., 2005), karena
sulit untuk mengukur kontribusi koeÞ sien pengerasan regang (n). Ini menjadi tidak ideal, karena justru
koeÞ sien pengerasan regang sangat diperlukan untuk situasi di mana model FE rinci diperlukan untuk
menggambarkan parameter konstitutif dari material.
Hubungan akhirnya dibangun antara sifat material, kurva indentasi dan nilai-nilai kekerasan yang
akan menjadi alat yang berguna untuk menyelidiki kelayakan dari kedua parameter bahan konstitutif
(yang diwakili oleh tegangan luluh ( y) dan koeÞ sien pengerasan regang (n) yang didasarkan dari nilai
kekerasan (hardness value) yang diketahui. Serta membangun pemahaman yang lebih luas pada aplikasi
masalah dalam prediksi terbalik (inverse prediction) sifat identiÞ kasi. Kemampuan identiÞ kasi semua
calon set properti material yang mungkin yang sesuai dengan hasil pengujian juga akan membuka jalan
bagi perbaikan di masa depan program prediksi terbalik (inverse prediction) dengan menggunakan data
terukur tambahan.
2. EKSPERIMEN
Material yang digunakan dalam penelitian sifat plastik logam adalah baja karbon dengan berbagai
komposisi kandungan karbon (baja karbon dengan kandungan karbon 0,10% C, 0,54% C dan 0,85% C).
komposisi kimia dari bahan yang tercantum dalam tabel 1.
Tabel 1. Komposisi dan kondisi sampel bahan (CS-0.10% C, CS-0.54% C, dan CS-0.85% C)
Material ConditionElement Composition (%)
C Mn P S Si Ni
Carbon Steel (CS) 0.10% C
Normalized at 900° 0.1 0.5 <0.04 <0.05 0.1 0.01
Carbon Steel (CS) 0.54% C
Normalized at 840° 0.54 0.9 0.055 0.014 0.19 0.014
Carbon Steel (CS) 0.85% C
Normalized at 830° 0.85 0.9 0.04 0.04 0.35 0.015
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2014
!Peranan Sains dan Teknologi yang Berwawasan Lingkungan dalam Meningkatkan Kesejahteraan Umat Manusia"
552 | Denpasar - Bali, 18 - 19 September 2014
Bahan sampel yang digunakan adalah baja karbon dengan berbagai komposisi kandungan karbon
(baja karbon dengan kandungan karbon 0,10% C, 0,54% C dan 0,85% C). Padat berbentuk batang elips
dari 5 mm dan 26.39 mm memiliki dudukan di tepi. Pengujian tarik dilakukan dengan menggunakan
perangkat uji tarik. Melalui software Micro (P3) pada camcorder layar komputer dan strain Indicator
serta perekam akan menampilkan proses dan hasil pengukuran uji tarik. Hasil pengujian tarik ditampilkan
sebagai diagram Gaya (force)-perpindahan(displacement) seperti Gambar 1(a), dan Gambar 1(b) adalah
sampel hasil tes tarik. Sampel uji kekerasan disiapkan sebagai disk dengan diameter 5 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 (Gambar 1(c)).
Gambar 1(a) Tipikal diagram Gaya vs perpindahan untuk baja karbon dengan berbagai komposisi kandungan karbon. 1(b).
sampel hasil tes tarik. Gambar 1(c)sampel uji kekerasan.
Uji kekerasan Vickers dilakukan dengan menggunakan Duramin-1 Struers hardness Vickers.
menggunakan metode pembebanan langsung dengan berbagai beban dari 490.3 mN sampai 19.61N (0.05
÷ 2 kgf). Indentor memiliki bentuk piramida yang tepat dengan dasar persegi dan sudut 136o antar sisi
muka yang berlawanan. Sedangkan uji kekerasan Rockwell B dilakukan dengan menggunakan: Wilson
Rockwell hardness tester. Indentasi menggunakan skala indentor bola B, dengan R = 0.79 mm (Diameter
bola baja = 1/16 in), di bawah beban minor awal (Fm) = 10 kg dan diikuti oleh beban mayor (FM ) = 100
kg. Nilai rata-rata untuk HV dan HRB untuk baja karbon dengan kandungan karbon 0.10% C, 0.54% C
dan 0.85% C Dengan replikasi dan rentang kesalahan 5% seperti ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Nilai rata-rata untuk HV dan HRB untuk baja karbon dengan kandungan karbon 0.01% C, 0.54% C dan 0.85% C
dengan replikasi pengukurandan rentang kesalahan 5%
1(b)
1(c)
1(a)
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2014
!Peranan Sains dan Teknologi yang Berwawasan Lingkungan dalam Meningkatkan Kesejahteraan Umat Manusia"
Denpasar - Bali, 18 - 19 September 2014 | 553
3. MODEL NUMERIK INDENTASI DUAL INDENTER DAN HASIL
Model elemen hingga indentasi Vickers dirancang dengan menggunakan piranti komersial ABAQUS.
Dalam penelitian ini indentor Vickers disimulasikan berbentuk piramida dengan dasar persegi dan sudut 136o
antara sisi muka yang berlawanan seperti Gambar 3(a). Hanya seperempat dari indentor dan bahan kolom
disimulasikan karena 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 (Taljat et. al.,1998) Bagian dasar model dipertahankan
tetap untuk semua derajat kebebasan dan memiliki bentuk simetris tetap dalam arah y dan x. Jenis elemen
yang digunakan adalah C3D8R (reduced integration element used in stress/ displacement analysis). Kontak
dideÞ nisikan pada antar muka(interface) indentor dan spesimen (Gbr.3(b)) dengan koeÞ sien gesekan 0.2.
Model FE (Þ nite element) uji indentasi Vickers diveriÞ kasi dengan membandingkan hasil numerik dari
penelitian ini dengan beberapa model dari hasil eksperimen yang telah dipublikasikan. Hasil ditunjukkan
pada Gambar 3(c). Bahan properti dalam model FE diadopsi dari data yang digunakan oleh (Dao et al.,
2001), dan kemudian kurva P-h diprediksi dibandingkan dengan data numerik dan eksperimental yang
telah dipublikasikan. Seperti terlihat pada kurva, untuk kedua bahan, hasil prediksi berhubungan sangat
baik dengan data eksperimen. Hal ini menunjukkan bahwa model tersebut akurat dan valid.
Gambar 3(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
Gambar 4(a). Model Elemen Hingga indentasi Bulat (spherical) (b). Tipikal kontak antar muka dan ekspansi plastis pada
indentasi spherical (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
Gambar 3(a) (b)
(a)
(b)
(c)
\
(a)
(b)
(c)
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2014
!Peranan Sains dan Teknologi yang Berwawasan Lingkungan dalam Meningkatkan Kesejahteraan Umat Manusia"
554 | Denpasar - Bali, 18 - 19 September 2014
Gambar 4(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 (Taljat et. al.,1998) 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 4(b). menunjukkan graÞ k ekspansi wilayah plastic selama indentasi bulat
(spherical indentation) berlangsung. Gambar 4(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).
4. MODEL MATERIAL
Diskripsi Power Law hampir selalu digunakan untuk mendekati perilaku plastik dari bahan metal
(Cao et. al.,2004). Pengembangan secara komprehensif untuk pendekatan prilaku plastic (Dao et. al,.2001)
menggunakan reduksi modulus E*dalam kisaran tertentu dari parameter material telah diidentiÞ kasi
regangan plastic representatif r = 0.033 dan digunakan untuk menormalkan kurva beban (loading
curvature) bahan dengan koeÞ sien pengerasan regang (n). Penelitian ini berkaitan dengan bahan elastik
plastik, kurva tegangan-regangan dapat diwakili oleh hukum Hooke dan kriteria Von Misses dalam power
law pengerasan isotropik sebagai:
(1)
Dengan 0.0 < n < 0.5 untuk logam, tegangan luluh ( y) dideÞ nisikan pada offset regangan nol,
modulus elastis E, dan koeÞ sien pengerasan regang (n) memungkinkan untuk mengembangkan pendekatan
yang relatif sederhana untuk menyimpulkan parameter konstitutif material (Swaddiwudhipong et al., 2005).
Pada kondisi yang umum, tegangan-regangan plastic umumnya dinyatakan sebagai:
(2)
Dimana E adalah modulus Young, R adalah strength coefÞ cient, n koeÞ sien pengerasan regang dan
y tegangan luluh awal pada offset nol regangan. Di wilayah plastik, regangan sebenarnya dapat terurai
menjadi yield stress sebenarnya dan regangan plastik sebenarnya (true plastic strain) sebagai :
(3)
Untuk menghasilkan kontinyuitas pada yield, maka mengikuti kondisi ( ). Sehingga
; R (4)
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2014
!Peranan Sains dan Teknologi yang Berwawasan Lingkungan dalam Meningkatkan Kesejahteraan Umat Manusia"
Denpasar - Bali, 18 - 19 September 2014 | 555
R adalah Pengerasan kerja rata-rata . Untuk n= 0 maka R akan tereduksi menjadi plastik
sempurna. Bagi kebanyakan logam dan paduan n adalah antara 0.1 dan 0.5.
Persamaan power law Hollomon dalam hubungan antara Tegangan (stress) dan regangan plastic
(plastic strain) adalah (5)
Sehingga untuk kondisi kontinyu persamaan tegangan dan koeÞ sien pengerasan regang di
nyatakan sebagai: (6)
Bila , regangan dapat diekspresikan sebagai :
(7)
5. IDENTIFIKASI SIFAT PLASTIK MATERIAL DENGAN DUAL INDENTER
Metode untuk menentukan sifat plastik material dengan dual indenter dikembangkan melui
prediksi terbalik (inverse prediction) dengan menggunakan input nilai kekerasan material dikenal untuk
mengidentiÞ kasi 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), koeÞ sien pengerasan regang (n), HV dan HRB dapat
diketahui. 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), koeÞ sien
pengerasan regang (n) terhadap HV ataupun HRB dengan koeÞ sien korelasi = 0.97 yang didekati dengan
menggunakan regresi linear Non Gaussian 3D. Hubungan ini ditemukan mengikuti persamaan:
y = 91.34E+09 (8)
y = 828.5 (9)
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), koeÞ sien pengerasan regang (n)) ditampilkan dalam tabel 2:
Tabel 2. Tipikal nilai hasil eksperiman Baja karbon untuk HV dan HRB dibandingakan dengan nilai hasil
prediksi menggunakan dual indenter
Sample
Experiment FE Model Accuracy Study
Hardness Properties Hardness Properties Accuracy (Error %)
HV HR Sy n HV HR Sy n HV/ HV HR/ HR Sy /Sy n/n
CS-0.10%C 124.77 53.21 126.55 0.25 123.11 55.21 127.75 0.26 0.013 -0.038 -0.010 -0.040
CS-0.54%C 216.59 77.08 345.90 0.14 219.72 78.78 340.88 0.14 -0.014 -0.022 0.015 0.008
CS-0.85%C 275.15 91.20 527.45 0.14 266.89 86.75 528.15 0.14 0.030 0.049 -0.001 -0.014
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2014
!Peranan Sains dan Teknologi yang Berwawasan Lingkungan dalam Meningkatkan Kesejahteraan Umat Manusia"
556 | Denpasar - Bali, 18 - 19 September 2014
6. KESIMPULAN
Dalam Penelitian ini, hubungan antara konstitutif parameter bahan ( y dan n) dari bahan elasto-
plastik, kurva indentasi P-h dan kekerasan Untuk duak indenter ( indenters tajam (Vickers) dan indenter
bulat (spherical)) telah sistematis diselidiki dengan menggabungkan analisis tegangan representatif dan
FE pemodelan menggunakan baja sebagai sistim bahan. Model FE indentasi Vickers dan Spherical telah
dikembangkan dan divalidasi. Konsep dan metodologi yang dikembangkan kemudian digunakan untuk
memprediksi nilai-nilai kekerasan (Hv) serta nilai kekerasan Rockwell B (HRB) dari bahan melalui
analisis langsung dan divalidasi dengan data eksperimen pada sampel yang dipilih dari baja. Melalui
metode pemetaan 3D surface plot dengan menggunakan baja sebagai sistem model bahan diketahui
hubungan antara yield stress ( y), koeÞ sien pengerasan regang (n) terhadap HV ataupun HRB dengan
koeÞ sien korelasi = 0.97 yang didekati dengan menggunakan regresi linear Non Gaussian 3D. Pendekatan
ini didiperkirakan memiliki tingkat kesalahan di bawah lima persen. Memperlihatkan pendekatan ini
secara signiÞ kan dapat diterima dan menunjukkan model yang akurat. Hasil prediksi sifat material dari
FE Model ganda indentor (CS 0.10% y = 127. 75 MPa, n = 0.26; CS 0.54% y = 340.88 MPa, n = 0.14
dan CS 0.85% C y = 528.15 MPa n = 0.14). Hasil Prediksi ganda indentor FE Modeling dikembangkan
memberikan hasil statistik cukup baik dengan membandingkan parameter input dan diprediksi sifat material
memiliki tingkat kesalahan di bawah lima persen. Merupakan prediksi yang dipilih secara signiÞ kan dapat
diterima. Dual indentor FE Model juga dikembangkan untuk memprediksi efek ukuran lekukan pada sifat
material. Disebabkan hasil lekukan Vickers mewakili peningkatan kekerasan ketika penurunan beban yang
diterapkan, oleh karena itu model simulasi FE juga dilakukan dalam sampel bahan dengan berbagai beban
dalam rangka untuk mengetahui pengaruh ukuran Indentasi pada hasil prediksi.
DAFTAR PUSTAKA
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
Budiarsa I N., Jamal M., (2014) Hardness Value Prediction for Spherical Indentation Based on the
Representative Stress Approach, Applied Mechanics and Materials Vol. 493 (2014) pp 628-633
Busby J. T., Hash M. C., Was G. S., (2005) The relationship between hardness and yield stress in irradiated
austenitic and ferritic steels, Journal of Nuclear Materials 336, 267-278
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
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
Kang S., Kim J., Park C., Kim H., and Kwon D., (2010) Conventional Vickers and true instrumented
indentation hardness determined by instrumented indentation tests, J. Mater. Res., Vol. 25, No. 2
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
Taljat B., Zacharia T. and Kosel F.(1998) New analytical procedure to determine stress-strain curve from
spherical indentation data, International Journal of Solids and Structures, Vol. 35(33), pp. 4411-
4426
top related