50 III. Bab III Kaji Analitik dan Numerik Penentuan karakteristik modul penyerap energi impak gabungan tube expansion-axial splitting dilakukan dengan pendekatan analitik dan numerik sebagaimana dijelaskan dalam bab ini. Pemilihan mekanisme penyerapan energi impak gabungan tube expansion – axial splitting dalam penelitian ini didasarkan pada karakteristik masing- masing mekanisme yang potensial dan telah dikembangkan oleh para peneliti sebelumnya sebagaimana dijelaskan dalam Bab Studi Pustaka. Dari beberapa mekanisme yang dinilai memiliki karakteristik unggul, diusulkan penggabungan untuk menghasilkan karakteristik yang lebih baik. Dari penggabungan beberapa mekanisme terpilih, disusun solusi analitik dan numerik untuk saling diverifikasi. Gambar III.1 menggambarkan diagram alir tahapan kaji analitik dan numerik di bab ini. . Mulai Studi literatur karakteristik modul penyerap energi impak Perbandingan karakteristik berbagai mekanisme penyerapan impak Pemilihan jenis mekanisme penyerapan impak A Rancangan modul penyerap eksisting 51 III.1 Karakteristik Modul Penyerap Energi Impak Penentuan karakteristik modul penyerap energi impak dimulai dengan melakukan kajian tentang karakteristik dari mekanisme penyerapan impak berbagai modul penyerap energi impak yang sudah pernah diteliti para peneliti sebelumnya. Karakteristik berbagai modul penyerap energi impak diolah dari literatur dan dipetakan untuk memudahkan memilih modul penyerap energi impak yang sesuai dengan karakteristik operasi yaitu energi spesifik dan efisiensi stroke. Pemetaan terhadap karakteristik modul penyerap energi impak merupakan bagian dari state of the art dari penelitian sebelumnya berdasarkan performa berikut. Gambar III.1 Diagram alir kaji analitik dan numerik Selesai A Penyusunan solusi analitik dari mekanisme penggabungan terpilih Analisis numerik dari mekanisme gabungan terpilih Verifikasi antara solusi analitik dan numerik Apakah solusi analitik dan numerik sudah sesuai. Model mekanisme gabungan terpilih Ya Belum 52 1. Energi spesifik (specific energy (S e)) Pada manajemen energi selalu diupayakan untuk melakukan peningkatan efisiensi energi. Energi spesifik merupakan salah satu instrumen penting dalam peningkatan efisiensi energi. Energi spesifik dilakukan dengan menghitung energi yang mampu diserap oleh berbagai modul penyerap energi impak dengan dimensi ruang modul yang sama dengan memperhatikan berat modul penyerap energi impak. Beberapa modul penyerap energi impak yang memiliki energi spesifik (specific energy (S e)) yang tinggi antara lain adalah expansion tube, frusta dan axial crushing. Karakter energi spesifik pada berbagai modul penyerap energi impak dapat dilihat pada Gambar III.2. Pada disertasi ini, karakter energi spesifik dihitung berdasarkan rumusan analitik dari beberapa peneliti sebelumnya dengan penerapan kasus yang sama. Gambar III.2 Energi spesifik 2. Efisiensi langkah (stroke efficiency (St e)) Efisiensi langkah dalam penentuan karakteristik modul penyerap energi impak perlu diperhatikan untuk efektivitas ketersediaan tempat dalam pemasangan modul penyerap energi impak. Parameter efisiensi langkah menggambarkan besarnya 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Square tube (Markiewicz, 1999) Top Hat Thin (White dan Jones, 1999) Tube expansion (Yang, 2019) Axial Spliting (Weirzbicki dan Abramowich, 1999) Frusta (Alghamdi, 2001) Multi Corner (Alghamdi, 2001) Inside-out tube (Reid SR, 1993) Multi cell prismatic (Dirgantara dkk, 2000) Lateral Flatening Tubes (Alghamdi, 2001) Double Hat (White dan Jones, 1999) Honeycomb cell (Alghamdi, 2001) Joule 53 deformasi yang dapat terjadi saat penyerapan energi impak. Hal ini diperlukan untuk pertimbangan keterbatasan ruang penyerap energi impak. Dari perbandingan beberapa tipe modul penyerap impak, tipe berikut memiliki efisiensi langkah tinggi: axial splitting, lateral flattening tubes dan frusta. Pemetaan efisiensi langkah pada beberapa modul penyerap energi impak dapat dijelaskan pada Gambar III.3. Gambar III.3 Efisiensi langkah 3. Efisiensi gaya hancur (crushing force efficiency) Efisiensi gaya hancur merupakan suatu parameter yang dapat digunakan untuk mengevaluasi kemampuan penyerapan energi modul. Nilai CFE yang rendah menunjukkan bahwa terjadi gaya puncak yang bernilai tinggi saat terjadi impak, akselerasi yang tinggi dan potensi kerusakan saat terjadi impak. Pemetaan efisiensi gaya hancur pada beberapa modul penyerap energi impak dapat dijelaskan pada Gambar III.4. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Square tube (Markiewicz, 1999) Top Hat Thin (White dan Jones, 1999) Tube expansion (Yang, 2019) Axial Spliting (Weirzbicki dan… Frusta (Alghamdi, 2001) Multi Corner (Alghamdi, 2001) Inside-out tube (Reid SR, 1993) Multi cell prismatic (Dirgantara dkk, 2000) Lateral Flatening Tubes (Alghamdi, 2001) Double Hat (White dan Jones, 1999) Honeycomb cell (Alghamdi, 2001) Efisiensi langkah 54 Gambar III.4 Efisiensi gaya hancur. Pada karakteristik modul penyerap energi impak, terlihat bahwa modul penyerap energi impak tube expansion memiliki energi spesifik terbaik namun memiliki kekurangan pada efisiensi langkah. Sedangkan dari karakteristik efisiensi langkah, axial splitting memiliki efisiensi langkah yang tinggi namun tidak memiliki energi spesifik yang baik. III.2 Pemilihan Modul Penyerap Energi impak. Dari dua mekanisme dengan masing-masing karakteristik pentingnya, yaitu penyerapan energi spesifik, efisiensi langkah maka diusulkan mekanisme baru yang menggabungkan modul penyerap energi impak tube expansion dan axial splitting tersebut, untuk selanjutnya dikaji keunggulan dan kekurangan mekanisme gabungan tersebut, dengan tujuan untuk meraih keuntungan sbb: a. Deformasi yang stabil dan nilai gaya yang cenderung stabil setelah mencapai gaya maksimal, sebagai karakeristik modul tube expansion b. Untuk struktur panjang pipa yang sama, penyerapan modul penyerap energi impak terjadi secara maksimal, sebagai karakteristik modul axial splitting. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Square tube (Markiewicz, 1999) Top Hat Thin (White dan Jones, 1999) Tube expansion (Yang, 2019) Axial Spliting (Weirzbicki dan Abramowich,… Frusta (Alghamdi, 2001) Multi Corner (Alghamdi, 2001) Inside-out tube (Reid SR, 1993) Multi cell prismatic (Dirgantara dkk, 2000) Lateral Flatening Tubes (Alghamdi, 2001) Double Hat (White dan Jones, 1999) Honeycomb cell (Alghamdi, 2001) 55 Modul penyerap impak tube expansion-axial splitting terdiri dari tabung (tube) dan cetakan pembentuk (dies). Tabung berfungsi sebagai material yang akan terdeformasi memiliki tebal (t) dan diameter dalam tabung expansion (D 1). Pada dies terjadi gabungan proses terintegrasi yang terdiri dari proses ekspansi dan splitter. Dies memiliki geometri sudut kemiringan expansion dies (α) dan Sudut kemiringan axial splitting dies (β). Gambar III.5 menunjukkan gambar skematik penggabungan antara mekanisme tube expansion-axial splitting dan tahapan prosesnya. Gambar III.5 Segmentasi kaji analitik tube expansion - axial splitting. Tahapan proses dibagi dalam dua zona yaitu zona tube expansion dan zona axial splitting. Zona tube expansion terdiri dari beberapa tahap proses antara lain adalah proses pre-compacting (A-B), proses expansion (B-C), dan proses extended expansion (C-D). Sedangkan zona axial splitting ditunjukkan pada daerah D-E. Selanjutnya zona dan tahapan proses di atas akan di bahas pada sub bab berikut. III.3 Kajian Analitik Modul Penyerap Energi Impak Gabungan Penyusunan solusi analitik modul penyerap energi impak tipe gabungan tube expansion-axial splitting mengacu pada solusi analitik masing-masing mekanisme Tahapan Proses: A-B = Proses Pre-compacting B-C = Proses Expansion. C-D = Proses Extended expansion. D-E = Proses Axial splitting. Keterangan: 1. Tube 2.