Pengembangan Metode Prediksi Propertis Material Berdasarkan Model Elemen Hingga Indentor Ganda (Dual Indenter) Sebagai Dasar Evaluasi Deformasi Sambungan Las Titik.
PROSIDING
Makassar, 24-25 September 2014
SEMINAR NASIONAL
REKAYASA MATERIAL,
SISTEM MANUFAKTUR
DAN ENERGI
2014
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
PROSIDING SEMINAR NASIONAL
REKAYASA MATERIAL, SISTEM
MANUFAKTUR DAN ENERGI
Makassar-Gowa, 24-25 September, 2014
Kampus II Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin,
Jl. Poros Malino No 72, Gowa, Sulawesi Selatan, Indonesia
Editor :
·
Rafiuddin Syam, PhD – Hasanuddin University—Indonesia
Progam Studi Magister Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
Page i
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
PROSIDING SEMINAR NASIONAL REKAYASA
MATERIAL, SISTEM MANUFAKTUR DAN ENERGI
ISBN: 978-602-71380-0-1
© 2014 Progam Studi Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
Dilarang keras mengutip, menjiplak atau memfotokopi baik sebagian maupun seluruh isi buku ini serta
memperjualbelikannya tanpa mendapat izin tertulis dari Penerbit Progam Studi Magister Teknik
Mesin, Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin. Permintaan dan pertanyaan tentang reproduksi dan
hak kekayaan intelektual dialamatkan ke Rafiuddin Syam, PhD email: rafiuddinsyam@gmail.com
Kekayaan intelektual dari setiap jurnal yang ada dalam prosiding ini tetap berada di tangan penulis
seperti yang tercantum pada jurnal terebut.
Penerbit oleh :
Progam Studi Magister Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
Jl. P. Kemerdekaan Km 10 Makassar
Sulawesi Selatan, Indonesia 90221
Telp/Fax : (0411) 586015
Email : teknik@unhas.ac.id
Website: pasca.unhas.ac.id
Page ii
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
Tim Editor
Ketua Editor
Editorial Board
Rafiuddin Syam, PhD
Prof. Satrio Soemantri Brodjonegora-ITB-Indonesia
Prof. Dadang A Suryamiharja– Hasanuddin University-Indonesia
Prof. Dr.Ir. Mursalim-Hasanuddin University-Indonesia
Prof.Ir. Jamasri, M.Eng, PhD—UGM-Indonesia
Prof. Syukri Himran – Hasanuddin University-Indonesia
Prof. Dr.-Ing Nandy Setiadi Djaya Putra-UI-Indonesia
Prof.Dr. Saleh Pallu – Hasanuddin University-Indonesia
Prof. Dr.H.Hammada Abbas – Hasanuddin University-Indonesia
Prof. Effendi Arief– Hasanuddin University-Indonesia
Prof.Dr. Syamsul Arifin– Hasanuddin University-Indonesia
Dr.-Ing Wahyu H Piarah— Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Johannes Leonard – Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Zahir Zainuddin – Hasanuddin University-Indonesia
Dr.-Ing Ir. Wahyu H. Piarah, MSME--Hasanuddin University-Indonesia
Prof. Dr. Ir. Salama Manjang, MSEE--Hasanuddin University-Indonesia
Prof.Dr. Ir. Jusuf Siahaya, MSME--Hasanuddin University-Indonesia
Editors
Dr.Ir. Abdul Hay,MT --Hasanuddin University-Indonesia
Dr.Eng Armin Lawi, MSc--Hasanuddin University-Indonesia
Dr.Ir. Zuryati Djafar, MT--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Jalaluddin, ST,MT--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. A. Erwin Ekaputra, ST,MT--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Rustan Taraka, ST, MT--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Adi Tonggiroh, MT--Hasanuddin University-Indonesia
Dr.phil.nat. Sri Widodo, ST. MT. --Hasanuddin University-Indonesia
Dr.Eng. Rudi Djamaluddin, M.Eng--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Eng Nasruddin Junus, MT--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Ir. Johannes Leaonard--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Dipl-Ing Ganding Sitepu--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Ir. Rhiza S. Sajjad, MSEE--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Ir. Ilyas Palentei, MSEE--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Indrabayu, ST,MT.M.Bus.Syst--Hasanuddin University-Indonesia
Dr.Eng Wardi, MEng--Hasanuddin University-Indonesia
Dr.Eng Mukhsan Putra Hatta--Hasanuddin University-Indonesia
Dr.Eng. Ihsan, MT--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Mukti Ali, MT--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Andi Haris Muhammad, MT--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Faisal, M.Eng--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Ulva Ria Irfan, ST. MT--Hasanuddin University-Indonesia
Page v
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
Panitia Pelaksana
Pelindung:
· Rektor Universitas Hasanuddin
Penasihat:
· Direktur Pascasarjana Unhas
· Dekan Fakultas Teknik Unhas
Penanggung Jawab:
· Ketua Jurusan Mesin Unhas
· Ketua Program Studi Magister Mesin Unhas
Ketua Umum : Rafiuddin Syam, PhD
Wakil Ketua : Jumadil, ST
Anggota:
Arham Hamid, SE
Munawar, ST
Ratnawati, ST
Laode Asman, ST, MT
Mustari, ST, MT
Yunus, ST
Sallolo Suluh, ST, MT
Alfian Djafar, ST
Budi Jaelani, S.Pd
Dedy Harianto, ST, MT
Nurfuadah,ST, MT
Abdul Halik, ST
Sarman, ST
Irdam, ST, MT
Secretariat
Harfan, ST
Muh Syahrul, ST
Muh Alfian, ST
Sulfan Suardi. ST
Kamaruddin, ST
Noeryadin, ST
Jamaluddin, ST
Doddy Suanggana, ST, MT
Karel Tikupadang, ST
Journal Room, Faculty of Engineering, Hsanuddin University
email: issmm14@gmail.com
Phone: +62411586015 Fax: +62411586015
Page vi
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
i
KATA PENGANTAR
iii
SAMBUTAN DEKAN FAKULTAS TEKNIK UNHAS
iv
TIM EDITOR
v
PANITIA PELAKSANA
vi
DAFTAR ISI
vii
REKAYASA MATERIAL
01.
Penerapan Metode Elemen Hingga dalam Analisis Pengaruh Persentase Filler terhadap Getaran Balok
Komposit Serbuk Kayu Jati dan Bayam
Oleh M. Ahadyat Z dan Hammada Abbas
I-1
Analisa Eksperimen Daerah Penyekatan Pada Proses Karburasi Setempat Terhadap Nilai Kekerasan
Baja Karbon
Oleh Andri Yono dan Johannes Leonard
I-9
Distribusi Kekerasan Baja Karbon Rendah Setelah Pack Carburizing
Pack Carburizing dengan Variasi Media Carburizing dan Media Pendingin
Oleh Dewa Ngakan Ketut Putra Negara dan Dewa Made Krishna Muku
I-17
Pengaruh Pendinginan Air Mengalir Pada Proses Kuens Terhadap Kekuatan Tarik, Kekerasan dan
Struktur Mikro Baja AISI 1045
Oleh Enos Tambing dan Johannes Leonard
I-21
Efek Tekanan Kompaksi Dan Temperatur Sinter Terhadap Nilai Induksi Magnetik Hasil Metalurgi
Serbuk
Oleh Hairul Arsyad
I-29
Pengaruh Parameter Pemotongan (Feeding, Cutting Speed, Depth of Cut) Terhadap Konsumsi Energi
Pada Permesinan Bubut
Oleh Hamka Munir, Johannes Leonard dan Rafiuddin Syam
I-33
Pengaruh Putaran dan Temperatur Terhadap Kekuatan Sambungan Las Hasil Friction Welding Antara
Baja AISI 1045 dengan Baja Tahan Karat AISI 316L
Oleh Hoppy Istiawan, Abdul Hay Muchsin dan Hammada Abbas
I-38
Efek Perlakuan Forging danTemperatur Anil terhadap Kekerasan dan Frekuensi Natural pada Bilah
Perunggu 80%Cu-20%Sn
Oleh I Ketut Gede Sugita dan Istri Putri Kusuma Kencanawati
I-44
09.
Analisis Kekuatan Impact Dan Mode Patahan Komposit Serat Tapis Kelapa
Oleh I Made Astika dan I Gusti Komang Dwijana
I-48
10.
Pengembangan Metode Prediksi Propertis Material Berdasarkan Model Elemen Hingga Indentor
Ganda (Dual Indenter) Sebagai Dasar Evaluasi Deformasi Sambungan Las Titik
Oleh I Nyoman Budiarsa
I-52
02.
03.
04.
05.
06.
07.
08.
11.
12.
13.
Sifat Tarik Komposit Epoxy Berpenguat Serat Sisal Pada Fraksi Volume Yang Berbeda
Oleh I Putu Lokantara dan I Wayan Surata
Analisis Kekuatan Struktur Komposit Benang Rami Hand Spinning Dengan Matriks Thermoplastic High
Density Polyethylene (HDPE)
Oleh Lies Banowati, Aulia Lazuardi Muhammad, Bambang K. Hadi dan Rochim Suratman
Metode Elemen Hingga untuk Analisis Eksperimental dan Numerik Pengaruh Variasi Arah Serat
terhadap Getaran Balok Komposit Serat Abaca dan Ijuk Bermatriks Epoksi
Oleh Nanang Endriatno dan Hammada Abbas
Page vii
I-57
I-60
I-64
ISBN 978-602-71380-0-1
Sekretariat:
Kampus Unhas Tamalanrea Gedung POMD Lantai 3,
Ruang Program Studi Magister Mesin, Fakultas Teknik Unhas
Jl P. Kemerdekaan Km 10 Makassar, Sulawesi Selatan
Homepage : siaka.unhas.ac.id/snmme
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
Pengembangan Metode Prediksi Propertis Material
Berdasarkan Model Elemen Hingga Indentor Ganda
(Dual Indenter) Sebagai Dasar Evaluasi Deformasi
Sambungan Las Titik
I Nyoman Budiarsa
Jurusan Teknik Mesin. Universitas Udayana
Bali. Indonesia
nyoman.budiarsa@me.unud.ac.id
Abstrak—Dalam proses 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), pengujian standar tidak
berlaku untuk mengkarakterisasi HAZ dan nugget karena
struktur yang kompleks dan ukuran kecil. Dalam rangka hal
tersebut, pada penelitian ini model elemen hingga (Finite
Element) indentor tajam (Vickers indentation) dan indentor
tumpul (Spherical indentation) dikembangkan. Pengaruh
beberapa parameter pemodelan kunci seperti sensitivitas mesh,
ukuran sampel dan kondisi batas (boundary conditions)
dievaluasi. Tiga metode pemodelan inverse yaitu analisis
dimensi, 3D mapping dan dual indenter chart approach telah
diusulkan. Validitas dan akurasi dari masing-masing pendekatan
dalam memprediksi sifat material secara sistematis dievaluasi
dengan menggunakan kurva indentasi numerik yang berpotensi
digunakan untuk mengkarakterisasi sifat material berbasis
metode indentor ganda (dual indenter). Konsep dan metode
yang dikembangkan ini sangat berguna digunakan untuk
menguji welding zones yang berbeda dan parameter material,
dimana hasil prediksi yang diperoleh akan digunakan untuk
mensimulasikan deformasi sambungan las titik (spot welding)
pada kondisi beban yang kompleks.
Kata Kunci---Model elemen
indentation, Dual indenter
hingga,
Vickers,
dilakukan untuk meningkatkan pemahaman di tempat
sambungan las sebagai interaksi antara fenomena listrik,
termal, metalurgi dan mekanik. Suatu bidang penelitian yang
masih aktif adalah pada prediksi dimensi tempat sambungan
las dengan mensimulasikan proses pengelasan dengan
pemodelan elemen hingga[3]. Bidang penelitian aktif lain
yaitu pada studi mikrostruktur. 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
II. EKSPERIMENTAL
Dua spesimen dengan bahan dan ketebalan yang berbeda
(Stainless steel dan Mild steel) digunakan dalam penelitian ini.
Komposisi kimia dari dua baja logam induk seperti yang
tercantum dalam Tabel.1.
Spherical
I. PENDAHULUAN
Proses penyambungan pada alas titik (Spot welding)
melibatkan proses termal, metalurgi dan mekanik proses, yang
menghasilkan struktur campuran baik sifat maupun fasenya.
Ada tiga wilayah utama yang berbeda yang dihasilkan yaitu:
bahan dasar, nugget dan daerah keterpengaruhan panas
(HAZ). Nugget hasil las terdiri dari fase martensit dan bainitik
[1]. Sedangkan daerah di sekitar nugget yang mengalami
keterpengaruhan panas (HAZ), memiliki mikrostruktur yang
terdiri dari martensit, bainit, ferit dan perlit. Nugget ini jauh
lebih sulit daripada bahan dasar karena efek pendinginan,
sedangkan HAZ memiliki gradien sifat mekanik struktur
campuran dengan kekuatan menurun dari struktur nugget ke
logam induk. Dalam banyak kasus, kegagalan las titik
cenderung terjadi di sekitar daerah las, khususnya di sekitar
zona yang terkena panas (HAZ)[2]. Banyak penelitian telah
TABEL 1. Komposisi kimia material spot welding test
C
Cr
Ni Mn Si
P
S
Concentration
Stainless @**B)%*%
>
+
3 3
;*8
;*8
&
6
@ 55=3
/
5 5=4
<
9 H
C
<
4>>
>"
=@I
>@%AB)0B)%%/
>
:3 $G$.
:3 $
.249
.##
.##
:3 $ 4 3
.##
;*8
;*8
#
#
$
&
% ##
)
#
*
'
)
!
(
#
+
"
)$ .
0$
#/
!
, # #
' (
* " *
' (
*
$
-
!
#
!
!
2 -3
FE Model Simulation
Finite Element model
FE Simulate Database
' (
#
"
$
'
(
$
$ %
Indentation test
Tensile Shear test
' (
Input
&
FE Model Training Processing
$
Experiment curve
Output
Convergence
No
Yes
Inverse FE Model
)
#
"
1
#
"
$
#
$
)$
4 " -
%
"
#
#
# $
$
$#
#
)$
4 " -
"
%
800
700
600
500
P (N)
#
$"
400
300
200
100
0
0.000
0.005
0.010
0.015
h (mm)
0.020
0.025
'
$
(
$ %
5
)$
"
5
)$
"
500
800
800
Analytical
450
FEM R = 0.50 mm
700
700
1000
Analytical
FEM R = 1.25 mm
800
600
600
700
500
P (N)
P (N)
500
300
400
300
600
P (N)
350
Force, N
Analytical
900
FEM R = 0.79 mm
400
400
500
400
300
250
300
200
200
200
200
100
100
Data Ekperimental Publikasi
150
Numerikal hasil yang diusulkan
100
0
0.000
0.010
100
0
0.020
0
0.000
h (mm)
0.010
(a)
0.020
0.000
(b)
h (mm)
0.010
0.020
( c)
h (mm)
50
0
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
'
' (
() *
! +!
,+
$ . / 0 1 $&!!2 .'/ 0 1 $34 !!2 . / 0 1 $ &!!$
+
h, mm
5
)$
(
"
+
+ *
. (
'
1400
R= 0.79 mm
R= 1.25 mm
1200
1200
900
900
P(N)
P(N)
P(N)
900
600
1000
y= 200 MPa
y= 300 MPa
y= 500 MPa
y= 600 MPa
y= 700 MPa
1600
+
y= 600 MPa, n=0.01
y= 600 MPa, n=0.03
y= 600 MPa, n=0.05
y= 600 MPa, n=0.10
y= 600 MPa, n=0.20
1400
1200
1000
800
P(N)
1200
n=0.03,
n=0.03,
n=0.03,
n=0.03,
n=0.03,
1200
1500
1500
R= 0.50 mm
P(N)
1500
(
/
600
800
600
600
600
300
300
400
400
200
300
200
0
0
0.00
0.05
0
0.10
0
0.00
h(mm)
0.05
+
(
+
0.10
0.00
0.05
h(mm)
(a)
6 1 %&
0
*
0.04
0.06
0.08
0.1
h(mm)
0.12
0
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
h(mm)
h(mm)
(b)
!
0.10
0.02
(c)
(a). Pengaruh yield stress ( y) pada kurva p-h
Spherical indentation.
(b). Pengaruh work hardening coefficient (n) pada
Kurva p-h Spherical indentation.
(
' '
.!
+ 5
7 1 $ /
%
) * " $
#
*
%4
'σ
(
2
#$
5"
100
90
80
70
P(N)
60
,- !
( 8 +
50
40
30
20
10
0
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
h(mm)
#
# $
#
)
5"
$
%
:
* +
Tipical Force Indentation Vs Depth Curve Vickers
Indentation
(E=200 Gpa, y= 350 Mpa, n =0.05).
;
#
# $
#
)
5"
$
%
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
P(N)
9
0.00
0.01
0.02h(mm)
0.03
0.04
0.05
"
5
5"
5
5"
160
120
2169
4139
9066
140
100
120
100
P(N)
P(N)
80
60
80
= 0.10
= 0.20
60
= 0.30
40
40
20
20
0
0
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0
0.06
0.01
0.02
0.03
Tipikal kurva (P-h) pada Vickers indentasi dengan variasi mesh sizes
(E=200 GPa, y=308 MPa, n=0.05).
5
$
5"
#
Material 2, Published experimental data
P(N)
10
8
n=0.03,
n=0.03,
n=0.03,
n=0.03,
n=0.03,
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
y= 700 MPa
y= 600 MPa
y= 500 MPa
y= 300 MPa
y= 200 MPa
60000
50000
10000
0.02
h (mm)
0.04
0.015
200
2
.
5 -1
' (
<
!
5 -1 3 = 7 6 1 &
$# = 7 6 1 #"
7 1 $ #/
90000
80000
70000
150
y= 600 MPa, n=0.20
y= 600 MPa, n=0.10
y= 600 MPa, n=0.05
y= 600 MPa, n=0.03
y= 600 MPa, n=0.01
50000
3
P(N)
* +
+
(b) Curvature value for P-h curves in (a)
60000
h, Um
!
0
0.06
y= 600 MPa, n=0.20
y= 600 MPa, n=0.10
y= 600 MPa, n=0.05
y= 600 MPa, n=0.03
y= 600 MPa, n=0.01
250
0
y= 700 MPa
y= 600 MPa
y= 500 MPa
y= 300 MPa
y= 200 MPa
20000
2
(
$
n=0.03,
n=0.03,
n=0.03,
n=0.03,
n=0.03,
70000
(a) . P-h curves with different σy.
4
0.010
$
30000
6
'
#
68 8;(
40000
0
7 1 $
*
9 6 :88
3
Material 2, This work numerical results
Material 2, Published numerical results
0.005
0.06
5"
12
P, N
$
' 6788&
Material 1, Published numerical results
Material 1, Published experimental data
0.000
0.05
Tipikal data yang memperlihatkan perunahan Kurva P-h
* material
$
$
dengan variasi# parameter
propertis
berbeda
5"
Material 1, This work numerical results
0.04
h(mm)
h(mm)
100
40000
30000
20000
50
10000
0
0
0
0.02
h(mm)
0.04
0.06
(c) . P-h curves with different n.
(d). Curvature value for P-h curves in (c)
&
#
')
$
$ " (
#
*
#
#
#
) * " $
#
*
%5
'σ
(
0.3
600
0.2
500
n
400
300
HV
0.1
200
900
800
700
600
500
400
300
200
100
(M
Pa
)
100
0
400
500
600
700
800
900
1000
0.30
0.25
y ( MPa )
0.20
0.15
0.10
n
) * "
$
#
Yie
ld
300
0.05
$
$$ # $$
;
"
20000
18000
16000
14000
12000
CS-0.10 %C
10000
CS-0.54 %C
8000
CS-0.85 %C
6000
1e+5
$3
8e+4
$
6e+4
$&
)* &
$"
)
$%
)* %
Cv
200
4000
4e+4
2000
2e+4
0
0
2
4
6
8
10
&
180
12
0
160
0.4
Displacement, mm
SY
$
!
$
140
0.3
120
0.2
n
0.1
) %
100
%> 9
$
%
1.2e+6
$
1.0e+6
1
$
8.0e+5
Cs
100
st
re
ss
0
0
Force, N
4
)
$
6.0e+5
$%
4.0e+5
2.0e+5
180
0.0
160
0.4
140
0.3
0.2
n
120
0.1
100
Sy
$"
$
;
$
"
$ "
$$ # $$ "
"
) * "
#
$
+
;
$
$$ # $$
,
"
$
$ $
1e+5
$#
Cs = y ¾ . 8011.9 e 1.984
8e+4
Cv
6e+4
n
Cv = y ¾ . 374.14. e 3.197 n
)* &
$
4e+4
)* %
2e+4
$"
)
&
0
0.4
0.3
) %
180
n
160
0.2
$
140
0.1
)
120
Sy
100
%> ?
!
9
#
)* #
$
%
"
$
1.2e+6
$"
1.0e+6
Cs
8.0e+5
6.0e+5
$
4.0e+5
1
)
$
2.0e+5
0.0
120
0.4
Sy 140
0.3
n
0.1
180
%
)$
$"
0.2
160
;
$
$
$
$$ # $$
2
"
##
"
$ "
"
#$
; +
"
0""
$
5"
"
$$ #
)$
-
>
"
$
5"
$ $
5
"
)$
"
**
-
3
$ &
3
#
"
"
#
"
3&
4
#
"
3&
#
"
3&
$ #
4"
4 &#
$ #
"
4"
4 &#
$ #
4
4"
4 &#
4"
4 &#
$ #
%
"
Makassar, 24-25 September 2014
SEMINAR NASIONAL
REKAYASA MATERIAL,
SISTEM MANUFAKTUR
DAN ENERGI
2014
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
PROSIDING SEMINAR NASIONAL
REKAYASA MATERIAL, SISTEM
MANUFAKTUR DAN ENERGI
Makassar-Gowa, 24-25 September, 2014
Kampus II Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin,
Jl. Poros Malino No 72, Gowa, Sulawesi Selatan, Indonesia
Editor :
·
Rafiuddin Syam, PhD – Hasanuddin University—Indonesia
Progam Studi Magister Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
Page i
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
PROSIDING SEMINAR NASIONAL REKAYASA
MATERIAL, SISTEM MANUFAKTUR DAN ENERGI
ISBN: 978-602-71380-0-1
© 2014 Progam Studi Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
Dilarang keras mengutip, menjiplak atau memfotokopi baik sebagian maupun seluruh isi buku ini serta
memperjualbelikannya tanpa mendapat izin tertulis dari Penerbit Progam Studi Magister Teknik
Mesin, Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin. Permintaan dan pertanyaan tentang reproduksi dan
hak kekayaan intelektual dialamatkan ke Rafiuddin Syam, PhD email: rafiuddinsyam@gmail.com
Kekayaan intelektual dari setiap jurnal yang ada dalam prosiding ini tetap berada di tangan penulis
seperti yang tercantum pada jurnal terebut.
Penerbit oleh :
Progam Studi Magister Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
Jl. P. Kemerdekaan Km 10 Makassar
Sulawesi Selatan, Indonesia 90221
Telp/Fax : (0411) 586015
Email : teknik@unhas.ac.id
Website: pasca.unhas.ac.id
Page ii
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
Tim Editor
Ketua Editor
Editorial Board
Rafiuddin Syam, PhD
Prof. Satrio Soemantri Brodjonegora-ITB-Indonesia
Prof. Dadang A Suryamiharja– Hasanuddin University-Indonesia
Prof. Dr.Ir. Mursalim-Hasanuddin University-Indonesia
Prof.Ir. Jamasri, M.Eng, PhD—UGM-Indonesia
Prof. Syukri Himran – Hasanuddin University-Indonesia
Prof. Dr.-Ing Nandy Setiadi Djaya Putra-UI-Indonesia
Prof.Dr. Saleh Pallu – Hasanuddin University-Indonesia
Prof. Dr.H.Hammada Abbas – Hasanuddin University-Indonesia
Prof. Effendi Arief– Hasanuddin University-Indonesia
Prof.Dr. Syamsul Arifin– Hasanuddin University-Indonesia
Dr.-Ing Wahyu H Piarah— Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Johannes Leonard – Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Zahir Zainuddin – Hasanuddin University-Indonesia
Dr.-Ing Ir. Wahyu H. Piarah, MSME--Hasanuddin University-Indonesia
Prof. Dr. Ir. Salama Manjang, MSEE--Hasanuddin University-Indonesia
Prof.Dr. Ir. Jusuf Siahaya, MSME--Hasanuddin University-Indonesia
Editors
Dr.Ir. Abdul Hay,MT --Hasanuddin University-Indonesia
Dr.Eng Armin Lawi, MSc--Hasanuddin University-Indonesia
Dr.Ir. Zuryati Djafar, MT--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Jalaluddin, ST,MT--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. A. Erwin Ekaputra, ST,MT--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Rustan Taraka, ST, MT--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Adi Tonggiroh, MT--Hasanuddin University-Indonesia
Dr.phil.nat. Sri Widodo, ST. MT. --Hasanuddin University-Indonesia
Dr.Eng. Rudi Djamaluddin, M.Eng--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Eng Nasruddin Junus, MT--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Ir. Johannes Leaonard--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Dipl-Ing Ganding Sitepu--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Ir. Rhiza S. Sajjad, MSEE--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Ir. Ilyas Palentei, MSEE--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Indrabayu, ST,MT.M.Bus.Syst--Hasanuddin University-Indonesia
Dr.Eng Wardi, MEng--Hasanuddin University-Indonesia
Dr.Eng Mukhsan Putra Hatta--Hasanuddin University-Indonesia
Dr.Eng. Ihsan, MT--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Mukti Ali, MT--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Andi Haris Muhammad, MT--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Faisal, M.Eng--Hasanuddin University-Indonesia
Dr. Ulva Ria Irfan, ST. MT--Hasanuddin University-Indonesia
Page v
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
Panitia Pelaksana
Pelindung:
· Rektor Universitas Hasanuddin
Penasihat:
· Direktur Pascasarjana Unhas
· Dekan Fakultas Teknik Unhas
Penanggung Jawab:
· Ketua Jurusan Mesin Unhas
· Ketua Program Studi Magister Mesin Unhas
Ketua Umum : Rafiuddin Syam, PhD
Wakil Ketua : Jumadil, ST
Anggota:
Arham Hamid, SE
Munawar, ST
Ratnawati, ST
Laode Asman, ST, MT
Mustari, ST, MT
Yunus, ST
Sallolo Suluh, ST, MT
Alfian Djafar, ST
Budi Jaelani, S.Pd
Dedy Harianto, ST, MT
Nurfuadah,ST, MT
Abdul Halik, ST
Sarman, ST
Irdam, ST, MT
Secretariat
Harfan, ST
Muh Syahrul, ST
Muh Alfian, ST
Sulfan Suardi. ST
Kamaruddin, ST
Noeryadin, ST
Jamaluddin, ST
Doddy Suanggana, ST, MT
Karel Tikupadang, ST
Journal Room, Faculty of Engineering, Hsanuddin University
email: issmm14@gmail.com
Phone: +62411586015 Fax: +62411586015
Page vi
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
i
KATA PENGANTAR
iii
SAMBUTAN DEKAN FAKULTAS TEKNIK UNHAS
iv
TIM EDITOR
v
PANITIA PELAKSANA
vi
DAFTAR ISI
vii
REKAYASA MATERIAL
01.
Penerapan Metode Elemen Hingga dalam Analisis Pengaruh Persentase Filler terhadap Getaran Balok
Komposit Serbuk Kayu Jati dan Bayam
Oleh M. Ahadyat Z dan Hammada Abbas
I-1
Analisa Eksperimen Daerah Penyekatan Pada Proses Karburasi Setempat Terhadap Nilai Kekerasan
Baja Karbon
Oleh Andri Yono dan Johannes Leonard
I-9
Distribusi Kekerasan Baja Karbon Rendah Setelah Pack Carburizing
Pack Carburizing dengan Variasi Media Carburizing dan Media Pendingin
Oleh Dewa Ngakan Ketut Putra Negara dan Dewa Made Krishna Muku
I-17
Pengaruh Pendinginan Air Mengalir Pada Proses Kuens Terhadap Kekuatan Tarik, Kekerasan dan
Struktur Mikro Baja AISI 1045
Oleh Enos Tambing dan Johannes Leonard
I-21
Efek Tekanan Kompaksi Dan Temperatur Sinter Terhadap Nilai Induksi Magnetik Hasil Metalurgi
Serbuk
Oleh Hairul Arsyad
I-29
Pengaruh Parameter Pemotongan (Feeding, Cutting Speed, Depth of Cut) Terhadap Konsumsi Energi
Pada Permesinan Bubut
Oleh Hamka Munir, Johannes Leonard dan Rafiuddin Syam
I-33
Pengaruh Putaran dan Temperatur Terhadap Kekuatan Sambungan Las Hasil Friction Welding Antara
Baja AISI 1045 dengan Baja Tahan Karat AISI 316L
Oleh Hoppy Istiawan, Abdul Hay Muchsin dan Hammada Abbas
I-38
Efek Perlakuan Forging danTemperatur Anil terhadap Kekerasan dan Frekuensi Natural pada Bilah
Perunggu 80%Cu-20%Sn
Oleh I Ketut Gede Sugita dan Istri Putri Kusuma Kencanawati
I-44
09.
Analisis Kekuatan Impact Dan Mode Patahan Komposit Serat Tapis Kelapa
Oleh I Made Astika dan I Gusti Komang Dwijana
I-48
10.
Pengembangan Metode Prediksi Propertis Material Berdasarkan Model Elemen Hingga Indentor
Ganda (Dual Indenter) Sebagai Dasar Evaluasi Deformasi Sambungan Las Titik
Oleh I Nyoman Budiarsa
I-52
02.
03.
04.
05.
06.
07.
08.
11.
12.
13.
Sifat Tarik Komposit Epoxy Berpenguat Serat Sisal Pada Fraksi Volume Yang Berbeda
Oleh I Putu Lokantara dan I Wayan Surata
Analisis Kekuatan Struktur Komposit Benang Rami Hand Spinning Dengan Matriks Thermoplastic High
Density Polyethylene (HDPE)
Oleh Lies Banowati, Aulia Lazuardi Muhammad, Bambang K. Hadi dan Rochim Suratman
Metode Elemen Hingga untuk Analisis Eksperimental dan Numerik Pengaruh Variasi Arah Serat
terhadap Getaran Balok Komposit Serat Abaca dan Ijuk Bermatriks Epoksi
Oleh Nanang Endriatno dan Hammada Abbas
Page vii
I-57
I-60
I-64
ISBN 978-602-71380-0-1
Sekretariat:
Kampus Unhas Tamalanrea Gedung POMD Lantai 3,
Ruang Program Studi Magister Mesin, Fakultas Teknik Unhas
Jl P. Kemerdekaan Km 10 Makassar, Sulawesi Selatan
Homepage : siaka.unhas.ac.id/snmme
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
Pengembangan Metode Prediksi Propertis Material
Berdasarkan Model Elemen Hingga Indentor Ganda
(Dual Indenter) Sebagai Dasar Evaluasi Deformasi
Sambungan Las Titik
I Nyoman Budiarsa
Jurusan Teknik Mesin. Universitas Udayana
Bali. Indonesia
nyoman.budiarsa@me.unud.ac.id
Abstrak—Dalam proses 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), pengujian standar tidak
berlaku untuk mengkarakterisasi HAZ dan nugget karena
struktur yang kompleks dan ukuran kecil. Dalam rangka hal
tersebut, pada penelitian ini model elemen hingga (Finite
Element) indentor tajam (Vickers indentation) dan indentor
tumpul (Spherical indentation) dikembangkan. Pengaruh
beberapa parameter pemodelan kunci seperti sensitivitas mesh,
ukuran sampel dan kondisi batas (boundary conditions)
dievaluasi. Tiga metode pemodelan inverse yaitu analisis
dimensi, 3D mapping dan dual indenter chart approach telah
diusulkan. Validitas dan akurasi dari masing-masing pendekatan
dalam memprediksi sifat material secara sistematis dievaluasi
dengan menggunakan kurva indentasi numerik yang berpotensi
digunakan untuk mengkarakterisasi sifat material berbasis
metode indentor ganda (dual indenter). Konsep dan metode
yang dikembangkan ini sangat berguna digunakan untuk
menguji welding zones yang berbeda dan parameter material,
dimana hasil prediksi yang diperoleh akan digunakan untuk
mensimulasikan deformasi sambungan las titik (spot welding)
pada kondisi beban yang kompleks.
Kata Kunci---Model elemen
indentation, Dual indenter
hingga,
Vickers,
dilakukan untuk meningkatkan pemahaman di tempat
sambungan las sebagai interaksi antara fenomena listrik,
termal, metalurgi dan mekanik. Suatu bidang penelitian yang
masih aktif adalah pada prediksi dimensi tempat sambungan
las dengan mensimulasikan proses pengelasan dengan
pemodelan elemen hingga[3]. Bidang penelitian aktif lain
yaitu pada studi mikrostruktur. 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
II. EKSPERIMENTAL
Dua spesimen dengan bahan dan ketebalan yang berbeda
(Stainless steel dan Mild steel) digunakan dalam penelitian ini.
Komposisi kimia dari dua baja logam induk seperti yang
tercantum dalam Tabel.1.
Spherical
I. PENDAHULUAN
Proses penyambungan pada alas titik (Spot welding)
melibatkan proses termal, metalurgi dan mekanik proses, yang
menghasilkan struktur campuran baik sifat maupun fasenya.
Ada tiga wilayah utama yang berbeda yang dihasilkan yaitu:
bahan dasar, nugget dan daerah keterpengaruhan panas
(HAZ). Nugget hasil las terdiri dari fase martensit dan bainitik
[1]. Sedangkan daerah di sekitar nugget yang mengalami
keterpengaruhan panas (HAZ), memiliki mikrostruktur yang
terdiri dari martensit, bainit, ferit dan perlit. Nugget ini jauh
lebih sulit daripada bahan dasar karena efek pendinginan,
sedangkan HAZ memiliki gradien sifat mekanik struktur
campuran dengan kekuatan menurun dari struktur nugget ke
logam induk. Dalam banyak kasus, kegagalan las titik
cenderung terjadi di sekitar daerah las, khususnya di sekitar
zona yang terkena panas (HAZ)[2]. Banyak penelitian telah
TABEL 1. Komposisi kimia material spot welding test
C
Cr
Ni Mn Si
P
S
Concentration
Stainless @**B)%*%
>
+
3 3
;*8
;*8
&
6
@ 55=3
/
5 5=4
<
9 H
C
<
4>>
>"
=@I
>@%AB)0B)%%/
>
:3 $G$.
:3 $
.249
.##
.##
:3 $ 4 3
.##
;*8
;*8
#
#
$
&
% ##
)
#
*
'
)
!
(
#
+
"
)$ .
0$
#/
!
, # #
' (
* " *
' (
*
$
-
!
#
!
!
2 -3
FE Model Simulation
Finite Element model
FE Simulate Database
' (
#
"
$
'
(
$
$ %
Indentation test
Tensile Shear test
' (
Input
&
FE Model Training Processing
$
Experiment curve
Output
Convergence
No
Yes
Inverse FE Model
)
#
"
1
#
"
$
#
$
)$
4 " -
%
"
#
#
# $
$
$#
#
)$
4 " -
"
%
800
700
600
500
P (N)
#
$"
400
300
200
100
0
0.000
0.005
0.010
0.015
h (mm)
0.020
0.025
'
$
(
$ %
5
)$
"
5
)$
"
500
800
800
Analytical
450
FEM R = 0.50 mm
700
700
1000
Analytical
FEM R = 1.25 mm
800
600
600
700
500
P (N)
P (N)
500
300
400
300
600
P (N)
350
Force, N
Analytical
900
FEM R = 0.79 mm
400
400
500
400
300
250
300
200
200
200
200
100
100
Data Ekperimental Publikasi
150
Numerikal hasil yang diusulkan
100
0
0.000
0.010
100
0
0.020
0
0.000
h (mm)
0.010
(a)
0.020
0.000
(b)
h (mm)
0.010
0.020
( c)
h (mm)
50
0
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
'
' (
() *
! +!
,+
$ . / 0 1 $&!!2 .'/ 0 1 $34 !!2 . / 0 1 $ &!!$
+
h, mm
5
)$
(
"
+
+ *
. (
'
1400
R= 0.79 mm
R= 1.25 mm
1200
1200
900
900
P(N)
P(N)
P(N)
900
600
1000
y= 200 MPa
y= 300 MPa
y= 500 MPa
y= 600 MPa
y= 700 MPa
1600
+
y= 600 MPa, n=0.01
y= 600 MPa, n=0.03
y= 600 MPa, n=0.05
y= 600 MPa, n=0.10
y= 600 MPa, n=0.20
1400
1200
1000
800
P(N)
1200
n=0.03,
n=0.03,
n=0.03,
n=0.03,
n=0.03,
1200
1500
1500
R= 0.50 mm
P(N)
1500
(
/
600
800
600
600
600
300
300
400
400
200
300
200
0
0
0.00
0.05
0
0.10
0
0.00
h(mm)
0.05
+
(
+
0.10
0.00
0.05
h(mm)
(a)
6 1 %&
0
*
0.04
0.06
0.08
0.1
h(mm)
0.12
0
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
h(mm)
h(mm)
(b)
!
0.10
0.02
(c)
(a). Pengaruh yield stress ( y) pada kurva p-h
Spherical indentation.
(b). Pengaruh work hardening coefficient (n) pada
Kurva p-h Spherical indentation.
(
' '
.!
+ 5
7 1 $ /
%
) * " $
#
*
%4
'σ
(
2
#$
5"
100
90
80
70
P(N)
60
,- !
( 8 +
50
40
30
20
10
0
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
h(mm)
#
# $
#
)
5"
$
%
:
* +
Tipical Force Indentation Vs Depth Curve Vickers
Indentation
(E=200 Gpa, y= 350 Mpa, n =0.05).
;
#
# $
#
)
5"
$
%
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
P(N)
9
0.00
0.01
0.02h(mm)
0.03
0.04
0.05
"
5
5"
5
5"
160
120
2169
4139
9066
140
100
120
100
P(N)
P(N)
80
60
80
= 0.10
= 0.20
60
= 0.30
40
40
20
20
0
0
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0
0.06
0.01
0.02
0.03
Tipikal kurva (P-h) pada Vickers indentasi dengan variasi mesh sizes
(E=200 GPa, y=308 MPa, n=0.05).
5
$
5"
#
Material 2, Published experimental data
P(N)
10
8
n=0.03,
n=0.03,
n=0.03,
n=0.03,
n=0.03,
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
y= 700 MPa
y= 600 MPa
y= 500 MPa
y= 300 MPa
y= 200 MPa
60000
50000
10000
0.02
h (mm)
0.04
0.015
200
2
.
5 -1
' (
<
!
5 -1 3 = 7 6 1 &
$# = 7 6 1 #"
7 1 $ #/
90000
80000
70000
150
y= 600 MPa, n=0.20
y= 600 MPa, n=0.10
y= 600 MPa, n=0.05
y= 600 MPa, n=0.03
y= 600 MPa, n=0.01
50000
3
P(N)
* +
+
(b) Curvature value for P-h curves in (a)
60000
h, Um
!
0
0.06
y= 600 MPa, n=0.20
y= 600 MPa, n=0.10
y= 600 MPa, n=0.05
y= 600 MPa, n=0.03
y= 600 MPa, n=0.01
250
0
y= 700 MPa
y= 600 MPa
y= 500 MPa
y= 300 MPa
y= 200 MPa
20000
2
(
$
n=0.03,
n=0.03,
n=0.03,
n=0.03,
n=0.03,
70000
(a) . P-h curves with different σy.
4
0.010
$
30000
6
'
#
68 8;(
40000
0
7 1 $
*
9 6 :88
3
Material 2, This work numerical results
Material 2, Published numerical results
0.005
0.06
5"
12
P, N
$
' 6788&
Material 1, Published numerical results
Material 1, Published experimental data
0.000
0.05
Tipikal data yang memperlihatkan perunahan Kurva P-h
* material
$
$
dengan variasi# parameter
propertis
berbeda
5"
Material 1, This work numerical results
0.04
h(mm)
h(mm)
100
40000
30000
20000
50
10000
0
0
0
0.02
h(mm)
0.04
0.06
(c) . P-h curves with different n.
(d). Curvature value for P-h curves in (c)
&
#
')
$
$ " (
#
*
#
#
#
) * " $
#
*
%5
'σ
(
0.3
600
0.2
500
n
400
300
HV
0.1
200
900
800
700
600
500
400
300
200
100
(M
Pa
)
100
0
400
500
600
700
800
900
1000
0.30
0.25
y ( MPa )
0.20
0.15
0.10
n
) * "
$
#
Yie
ld
300
0.05
$
$$ # $$
;
"
20000
18000
16000
14000
12000
CS-0.10 %C
10000
CS-0.54 %C
8000
CS-0.85 %C
6000
1e+5
$3
8e+4
$
6e+4
$&
)* &
$"
)
$%
)* %
Cv
200
4000
4e+4
2000
2e+4
0
0
2
4
6
8
10
&
180
12
0
160
0.4
Displacement, mm
SY
$
!
$
140
0.3
120
0.2
n
0.1
) %
100
%> 9
$
%
1.2e+6
$
1.0e+6
1
$
8.0e+5
Cs
100
st
re
ss
0
0
Force, N
4
)
$
6.0e+5
$%
4.0e+5
2.0e+5
180
0.0
160
0.4
140
0.3
0.2
n
120
0.1
100
Sy
$"
$
;
$
"
$ "
$$ # $$ "
"
) * "
#
$
+
;
$
$$ # $$
,
"
$
$ $
1e+5
$#
Cs = y ¾ . 8011.9 e 1.984
8e+4
Cv
6e+4
n
Cv = y ¾ . 374.14. e 3.197 n
)* &
$
4e+4
)* %
2e+4
$"
)
&
0
0.4
0.3
) %
180
n
160
0.2
$
140
0.1
)
120
Sy
100
%> ?
!
9
#
)* #
$
%
"
$
1.2e+6
$"
1.0e+6
Cs
8.0e+5
6.0e+5
$
4.0e+5
1
)
$
2.0e+5
0.0
120
0.4
Sy 140
0.3
n
0.1
180
%
)$
$"
0.2
160
;
$
$
$
$$ # $$
2
"
##
"
$ "
"
#$
; +
"
0""
$
5"
"
$$ #
)$
-
>
"
$
5"
$ $
5
"
)$
"
**
-
3
$ &
3
#
"
"
#
"
3&
4
#
"
3&
#
"
3&
$ #
4"
4 &#
$ #
"
4"
4 &#
$ #
4
4"
4 &#
4"
4 &#
$ #
%
"