Simulasi Distribusi Panas, Tegangan Sisa Dan Distorsi Dengan Metode Elemen Hingga Pada Pengelasan Fillet Tipe T - ITS Repository
_,. . . .a.,..
"l'Vl T~IUOL
' .-....U" -..
l3.561/H/06
....
TUGASAKHIR
LL 1327
SIMULASI DISTRIBUSI PANAS, TEGANGAN SISA DAN
DISTORSI DENGAN METODE ELEMEN HINGGA
PADA PENGELASAN FILLET TIPE T
PS~
61-1.52
WL"C) -1
:26D6
I t' S·
1.
Oleh:
~
- ~,- - J/ -+1
777 (j
ALIF PRIYO WICAKSONO
4300100 046
JURUSAN TEKNIK KELAUTAN
FAKULTASTEKNOLOGIKELAUTAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2005
~-
LEMBAR PENGESAHAN
SIMULASI DISTRIBUSI PANAS, TEGANGAN SISA DAN
DISTORSI DENGAN METODE ELEMEN HINGGA
PADA PENGELASAN FILLET TIPE T
AMA : ALIF PRIYO WICAKSONO
RP : 4300 100 046
.29 Juli 2005
Mengetabui!Menyetujui
Dosen Pembimbing ll
Dosen Pembimbing I
Dr. lr. Handayanu, M.Sc
NIP. 131 782 032
=--Ir.'Nur Syahroni, MT
NIP. 132 231 143
I
Ketua Jurusa Teknik Kelautan
.
·~
\
I
~
_
..,: li
Ir. lmiuw Rochani, M.Sc
131.417.209
- "4f~P.
Abstrak
ABSTRAK
Oleh: AlifPriyo Wicaksono
Pembimbing: Ir.Nur Syahroni,MT dan Dr.Ir.Handayanu,M.Sc
Pengelasan fillet tipe T banyak digunakan dalam bidang perkapalan, struktur jembatan dan bangunan
pantai. Pemanasan lokal pada logam hingga temperatur lebur dan proses pendinginan yang
menghasilkan tegangan sisa yang besar pada daerah lasan fillet tipe T. Tegangan akibat panas
menyebabkan distorsi, yang sangat berpengaruh pada proses pengerjaan selanjutnya. Spesimen fillet
yang disimulasikan memiliki ukuran panjang fillet 200 mrn, Iebar flange 200 mm dan tinggi web 100
Sedangkan teba!jlange dan web masing-masing 16 dan 12 mm. Kajian ini dititikberatkan pada u•"'~
· u"'
panas, tegangan sisa longitudinal dan transversal serta distorsi sudut untuk 4 (empat) variasi
pengelasan, sehingga dapat diketahui cara meminimalkannya. Variasi urutan pengelasan yang di.'"aJll-
batasan sebagai berikut:
4
Pendahuluan
1.
Proses pengelasan menggunakan single pass gas tungsen arc welding u""''•'"-"'..
elektrode tunggal.
2.
Simulasi dilakukan dengan metode elemen hingga.
3.
Penambahan material lasan tidak dimodelkan.
4.
Pengaruh radiasi dalam pengelasan diabaikan.
5.
Variasi pengelasan berupa urutan arah pengelasan.
6.
Distorsi yang ditinjau hanya distorsi sudut yang paralel dengan lasan.
7.
Tegangan yang ditinjau adalah tegangan longitudinal dan tes...•Jl~;u.
transversal.
1.6
Sistematika Peoulisan
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini dijelaskan mengenai latar belakang dilakukannya penelitian ini, permasalahan
ada, tujuan yang hendak dicapai, manfaat yang diharapkan setelah dilakukannya
~.,ua
ruang lingkup penelitian, dan sistematika penulisan yang digunakan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
Dalam bab ini penulis meninjau
penlita~
yang telah dilakukan
baik dari jumal, tugas akhir ataupun tesis yaitu tentang tegangan sisa dan distorsi.
teori yang digunakan dalam bab ini antara lain dasar aliran panas, kondisi batas,
rt,
th.otoo .......
stress distorsi dan aturan spesifikasi prosedur pengelasan.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini diterangkan metodologi penelitian yang diawali dengan pengumpulan
selanjutnya pemodelan. Analisa termal dan struktur dilakukan untuk
distribusi temperatur, tegangan sisa dan distorsi. Setelah divalidasi terhadap
sebelumnya, dilakukan variasi urutan pengelasan.
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
Dalam bab ini dianalisa panas yang terdistribusi pada spesimen dengan variasi urutan
pengelasan. Dengan bantuan perangkat lunak ANSYS 6.0 diperoleh tegangan si
distorsi yang terjadi. Hasilnya disajikan dalam bentuk gambar dan tabel.
difokuskan pada validasi penelitian sebelumnya serta cara yang tepat untuk ......,....,,u....,..,........
tegangan sisa dan/atau distorsi.
5
Pendahuluan
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi hasil akhir penulisan tugas akhir yang berupa kesirnpulan dari analisa ..........,...
permasalahan yang ada dan beberapa saran yang dapat dipakai sebagai acuan atau
pertimbangan untuk kesempurnaan penelitian selanjutnya.
6
BAB
TINJAUAN PUSTA
DAN LANDASAN TEO
Tinjauan Pustaka dan Landasan Teori
BABII
TINJAUAN PUS TAM DAN LANIJASAN TI.OK.i
2.1
Tinjauan Pustaka
Dalam tesis doktomya, Pilipenko (200 1) melakukan simulasi siklus term a]
pengelasan busur redam dengan tiga elektrode sekaligus pada spesimen pelat
ketebalan 20 mm, dan disimpulkan skema untuk penghitungan bidang temperatur 3D
pengelasan pelat tebal. Pengelasanjuga dilakukan untuk mendapatkan konfigurasi 2D
jarak tertentu dari sumber panas. Hasil pemodelan 3D, tegangan nonmenyatakan tegangan sisa maksimum longitudinal lebih tinggi dari tegangan
( O"zmax =
1,15
O"y)
yang disebabkan adanya material hardening. Heat input yang ..,..........
tinggi menghasilkan daerah terdeformasi plastis relatif Iebar (relatif terhadap ......, •...,..,........
pelat). Inilah yang menyebabkan harga tegangan sisa transversal rendah. Di daerah
lasan, pada jarak tertentu dari permukaan pelat, tegangan transien dapat dinyatakan
volumetrik. Tegangan tri-aksial menyebabkan aliran plastis dan tegaiigan yang .,...PE>u.•
tinggi dibanding yield-nya saat temperatur dinaikkan
(O"zmax =
2
O"y).
Hal ini
cacat awal (hot micro-cracks dan propragating cracks) pada daerah tersebut.
Penelitian yang dilakukan Suwanda (2001) disimpulkan bahwa variasi arus las, keceollltan
pengelasan dan Iebar pelat berpengaruh terhadap distorsi. Pengaruh tersebut
semakin besar arus las menyebabkan distorsi yang teijadi semakin besar. K.ecetJilttm
pengelasan yang lebih tinggi menyebabkan distorsi yang teijadi semakin kecil. "'...........5
n .....
semakin Iebar pelat yang dilas, distorsi yang teijadi semakin kecil. Pengaruh
terhadap distorsi diberikan oleh arus, kemudian kecepatan pengelasan dan Jebar pelat.
Teng, T.-L., et al. (2001) melakukan analisa tegangan sisa dan distorsi sudut
pada lasan fillet T-joint dengan menggunakan metode elemen hingga. Dalam
(urnruu1r
oern~ai.
pengelasan dilakukan satu sisi dengan asumsi sisi yang lain adalah simetri. Variasi
dilakukan adalah variasi ketebalan pelat flange, kedalaman penetrasi lasan, ...,...,.....,"4.
kekangan dan bebas kekangan. Kesimpulan untuk tegangan sisa transversal, tegangan
yang tinggi terjadi dekat kaki lasan fillet (fillet weld toe) dan bertambahnyajarak dari
lasan tegangan mendekati nol. Untuk tegangan sisa longitudinal, tegangan tarik
sangat tinggi terjadi dekat kaki lasan, dan tegangan tekan timbul jauh dari Iasan
7
Tinjauan Pustaka dan Landasan Teori
bead). Rasio tegangan sisa longitudinal dibandingkan dengan tegangan sisa
yang terjadi pada lasan mencapai 5. Distribusi temperatur sepanjang ketebalan
menyebabkan distorsi sudut lasan fillet, sedangkanjlange mengalami bending.
2.2
Landasan Teori
2.2.1 f. Ietode Elemen Hingga
Metode elemen hingga merupakan metode numerik yang digunakan
menyelesaikan permasalahan dalam bidang rekayasa seperti geometri, pembebanan
sifat-sifat dari material yang sangat rumit. Hal ini tidak dapat atau sulit diselesaikan ae11gam
solusi analisa matematis (Logan, 2000). Pendekatan metode elemen hingga
menggunakan informasi-inforrnasi pada titik simpul (node). Dalam proses penentuan
simpul yang disebut pendeskritan (discretization), suatu sistem dibagi menjadi ......'""'"'"''r
bagian yang lebih kecil, kemudian penyelesaian masalah dilakukan pada
Ual::tal.l -U£U:.lGUl
tersebut dan selanjutnya digabung kembali sehingga diperoleh solusi secara
Ada dua pendekatan umum yang digunakan dalam metode elemen hingga, yaitu me:tocte
gaya dan metode displasmen atau kekakuan. Metode gaya menggunakan gaya
sebagai problem yang tidak diketahui, sedangkan metode displasmen
111'-'lll'
"l'Vl T~IUOL
' .-....U" -..
l3.561/H/06
....
TUGASAKHIR
LL 1327
SIMULASI DISTRIBUSI PANAS, TEGANGAN SISA DAN
DISTORSI DENGAN METODE ELEMEN HINGGA
PADA PENGELASAN FILLET TIPE T
PS~
61-1.52
WL"C) -1
:26D6
I t' S·
1.
Oleh:
~
- ~,- - J/ -+1
777 (j
ALIF PRIYO WICAKSONO
4300100 046
JURUSAN TEKNIK KELAUTAN
FAKULTASTEKNOLOGIKELAUTAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2005
~-
LEMBAR PENGESAHAN
SIMULASI DISTRIBUSI PANAS, TEGANGAN SISA DAN
DISTORSI DENGAN METODE ELEMEN HINGGA
PADA PENGELASAN FILLET TIPE T
AMA : ALIF PRIYO WICAKSONO
RP : 4300 100 046
.29 Juli 2005
Mengetabui!Menyetujui
Dosen Pembimbing ll
Dosen Pembimbing I
Dr. lr. Handayanu, M.Sc
NIP. 131 782 032
=--Ir.'Nur Syahroni, MT
NIP. 132 231 143
I
Ketua Jurusa Teknik Kelautan
.
·~
\
I
~
_
..,: li
Ir. lmiuw Rochani, M.Sc
131.417.209
- "4f~P.
Abstrak
ABSTRAK
Oleh: AlifPriyo Wicaksono
Pembimbing: Ir.Nur Syahroni,MT dan Dr.Ir.Handayanu,M.Sc
Pengelasan fillet tipe T banyak digunakan dalam bidang perkapalan, struktur jembatan dan bangunan
pantai. Pemanasan lokal pada logam hingga temperatur lebur dan proses pendinginan yang
menghasilkan tegangan sisa yang besar pada daerah lasan fillet tipe T. Tegangan akibat panas
menyebabkan distorsi, yang sangat berpengaruh pada proses pengerjaan selanjutnya. Spesimen fillet
yang disimulasikan memiliki ukuran panjang fillet 200 mrn, Iebar flange 200 mm dan tinggi web 100
Sedangkan teba!jlange dan web masing-masing 16 dan 12 mm. Kajian ini dititikberatkan pada u•"'~
· u"'
panas, tegangan sisa longitudinal dan transversal serta distorsi sudut untuk 4 (empat) variasi
pengelasan, sehingga dapat diketahui cara meminimalkannya. Variasi urutan pengelasan yang di.'"aJll-
batasan sebagai berikut:
4
Pendahuluan
1.
Proses pengelasan menggunakan single pass gas tungsen arc welding u""''•'"-"'..
elektrode tunggal.
2.
Simulasi dilakukan dengan metode elemen hingga.
3.
Penambahan material lasan tidak dimodelkan.
4.
Pengaruh radiasi dalam pengelasan diabaikan.
5.
Variasi pengelasan berupa urutan arah pengelasan.
6.
Distorsi yang ditinjau hanya distorsi sudut yang paralel dengan lasan.
7.
Tegangan yang ditinjau adalah tegangan longitudinal dan tes...•Jl~;u.
transversal.
1.6
Sistematika Peoulisan
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini dijelaskan mengenai latar belakang dilakukannya penelitian ini, permasalahan
ada, tujuan yang hendak dicapai, manfaat yang diharapkan setelah dilakukannya
~.,ua
ruang lingkup penelitian, dan sistematika penulisan yang digunakan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
Dalam bab ini penulis meninjau
penlita~
yang telah dilakukan
baik dari jumal, tugas akhir ataupun tesis yaitu tentang tegangan sisa dan distorsi.
teori yang digunakan dalam bab ini antara lain dasar aliran panas, kondisi batas,
rt,
th.otoo .......
stress distorsi dan aturan spesifikasi prosedur pengelasan.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini diterangkan metodologi penelitian yang diawali dengan pengumpulan
selanjutnya pemodelan. Analisa termal dan struktur dilakukan untuk
distribusi temperatur, tegangan sisa dan distorsi. Setelah divalidasi terhadap
sebelumnya, dilakukan variasi urutan pengelasan.
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
Dalam bab ini dianalisa panas yang terdistribusi pada spesimen dengan variasi urutan
pengelasan. Dengan bantuan perangkat lunak ANSYS 6.0 diperoleh tegangan si
distorsi yang terjadi. Hasilnya disajikan dalam bentuk gambar dan tabel.
difokuskan pada validasi penelitian sebelumnya serta cara yang tepat untuk ......,....,,u....,..,........
tegangan sisa dan/atau distorsi.
5
Pendahuluan
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi hasil akhir penulisan tugas akhir yang berupa kesirnpulan dari analisa ..........,...
permasalahan yang ada dan beberapa saran yang dapat dipakai sebagai acuan atau
pertimbangan untuk kesempurnaan penelitian selanjutnya.
6
BAB
TINJAUAN PUSTA
DAN LANDASAN TEO
Tinjauan Pustaka dan Landasan Teori
BABII
TINJAUAN PUS TAM DAN LANIJASAN TI.OK.i
2.1
Tinjauan Pustaka
Dalam tesis doktomya, Pilipenko (200 1) melakukan simulasi siklus term a]
pengelasan busur redam dengan tiga elektrode sekaligus pada spesimen pelat
ketebalan 20 mm, dan disimpulkan skema untuk penghitungan bidang temperatur 3D
pengelasan pelat tebal. Pengelasanjuga dilakukan untuk mendapatkan konfigurasi 2D
jarak tertentu dari sumber panas. Hasil pemodelan 3D, tegangan nonmenyatakan tegangan sisa maksimum longitudinal lebih tinggi dari tegangan
( O"zmax =
1,15
O"y)
yang disebabkan adanya material hardening. Heat input yang ..,..........
tinggi menghasilkan daerah terdeformasi plastis relatif Iebar (relatif terhadap ......, •...,..,........
pelat). Inilah yang menyebabkan harga tegangan sisa transversal rendah. Di daerah
lasan, pada jarak tertentu dari permukaan pelat, tegangan transien dapat dinyatakan
volumetrik. Tegangan tri-aksial menyebabkan aliran plastis dan tegaiigan yang .,...PE>u.•
tinggi dibanding yield-nya saat temperatur dinaikkan
(O"zmax =
2
O"y).
Hal ini
cacat awal (hot micro-cracks dan propragating cracks) pada daerah tersebut.
Penelitian yang dilakukan Suwanda (2001) disimpulkan bahwa variasi arus las, keceollltan
pengelasan dan Iebar pelat berpengaruh terhadap distorsi. Pengaruh tersebut
semakin besar arus las menyebabkan distorsi yang teijadi semakin besar. K.ecetJilttm
pengelasan yang lebih tinggi menyebabkan distorsi yang teijadi semakin kecil. "'...........5
n .....
semakin Iebar pelat yang dilas, distorsi yang teijadi semakin kecil. Pengaruh
terhadap distorsi diberikan oleh arus, kemudian kecepatan pengelasan dan Jebar pelat.
Teng, T.-L., et al. (2001) melakukan analisa tegangan sisa dan distorsi sudut
pada lasan fillet T-joint dengan menggunakan metode elemen hingga. Dalam
(urnruu1r
oern~ai.
pengelasan dilakukan satu sisi dengan asumsi sisi yang lain adalah simetri. Variasi
dilakukan adalah variasi ketebalan pelat flange, kedalaman penetrasi lasan, ...,...,.....,"4.
kekangan dan bebas kekangan. Kesimpulan untuk tegangan sisa transversal, tegangan
yang tinggi terjadi dekat kaki lasan fillet (fillet weld toe) dan bertambahnyajarak dari
lasan tegangan mendekati nol. Untuk tegangan sisa longitudinal, tegangan tarik
sangat tinggi terjadi dekat kaki lasan, dan tegangan tekan timbul jauh dari Iasan
7
Tinjauan Pustaka dan Landasan Teori
bead). Rasio tegangan sisa longitudinal dibandingkan dengan tegangan sisa
yang terjadi pada lasan mencapai 5. Distribusi temperatur sepanjang ketebalan
menyebabkan distorsi sudut lasan fillet, sedangkanjlange mengalami bending.
2.2
Landasan Teori
2.2.1 f. Ietode Elemen Hingga
Metode elemen hingga merupakan metode numerik yang digunakan
menyelesaikan permasalahan dalam bidang rekayasa seperti geometri, pembebanan
sifat-sifat dari material yang sangat rumit. Hal ini tidak dapat atau sulit diselesaikan ae11gam
solusi analisa matematis (Logan, 2000). Pendekatan metode elemen hingga
menggunakan informasi-inforrnasi pada titik simpul (node). Dalam proses penentuan
simpul yang disebut pendeskritan (discretization), suatu sistem dibagi menjadi ......'""'"'"''r
bagian yang lebih kecil, kemudian penyelesaian masalah dilakukan pada
Ual::tal.l -U£U:.lGUl
tersebut dan selanjutnya digabung kembali sehingga diperoleh solusi secara
Ada dua pendekatan umum yang digunakan dalam metode elemen hingga, yaitu me:tocte
gaya dan metode displasmen atau kekakuan. Metode gaya menggunakan gaya
sebagai problem yang tidak diketahui, sedangkan metode displasmen
111'-'lll'