Article Details

OPTIMASI SUSUNAN LAMINA KOMPOSIT TERHADAP BERAT DAN KEKUATAN BUCKLING PADA STRUKTUR STIFFENED PANEL

Oleh   Agus Domas Indrawijaya [23617301]
Kontributor / Dosen Pembimbing : Dr. Djarot Widagdo., Prof. Dr. Bambang Kismono Hadi
Jenis Koleksi : S2 - Tesis
Penerbit : FTMD - Teknik Dirgantara
Fakultas : Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara (FTMD)
Subjek :
Kata Kunci : buckling, komposit, susunan lamina, laminat, optimasi, stiffened panel
Sumber :
Staf Input/Edit : Irwan Sofiyan  
File : 1 file
Tanggal Input : 2019-12-16 14:19:04

Komposit berpenguat serat telah banyak digunakan di berbagai bidang, termasuk pada industri pesawat terbang. Kelebihan utama digunakannya material ini dikarenakan specific strength dan stiffnessnya relatif lebih tinggi dibandingkan material metal konvensional. Selain itu, sifat properti material komposit yang dapat menyesuaikan dengan kebutuhan juga membuat material komposit menjadi lebih efisien, sehingga sangat diinginkan untuk desain struktur ringan. Salah satu klasifikasi komposit yang digunakan adalah struktur laminat, yang merupakan struktur yang tersusun dari lebih dari satu lapis lamina yang masing-masing dapat memiliki arah serat tertentu. Susunan ini menentukan properti material struktur laminat secara keseluruhan, sehingga bisa disesuaikan sesuai kebutuhan. Pada struktur pesawat terbang, struktur laminat ini salah satunya diaplikasikan pada struktur berdinding tipis, seperti bagian skin sayap dan fuselage. Struktur berdinding tipis sangat rentan terhadap kegagalan buckling, sehingga pada umumnya, struktur berdinding tipis ini diberikan penguat tambahan dalam bentuk stringer atau stiffener. Fungsi dari stiffener ini adalah menambah kekakuan, sehingga menambah kekuatan buckling dari struktur tersebut. Properti dari struktur stiffened panel yang didesain dengan menggunakan laminat komposit tentu akan bergantung pada susunan laminanya. Susunan lamina yang paling optimum tentu akan sangat diinginkan, namun hal ini sulit dicapai dengan cara konvensional karena kemungkinan susunan yang sangat banyak serta pertimbangan constraint dan kasus yang berbeda. Optimasi dengan metode FEM dapat digunakan, namun optimasi dengan metode ini memerlukan waktu yang relatif lebih lama, dan tidak diinginkan pada tahap desain awal karena kemungkinan optimasi diperlukan lebih dari sekali. Salah satu alternatif lainnya adalah dengan melakukan optimasi dengan pendekatan analitik menggunakan Genetic Algorithm (GA). Metode GA terkenal dengan kemudahan penggunaa, kemampuan dalam mengevaluasi jumlah sampel yang banyak, dan kecepatannya dalam menemukan solusi dengan akurasi yang baik. Pada penelitian ini, optimasi dilakukan dengan menggunakan pendekatan analitik untuk analisis kekuatan buckling melalui metode solusi closed-form dan metode Rayleigh-Ritz, lalu titik desain optimum ditemukan dengan menggunakan GA. Untuk menyederhanakan analisis buckling, interaksi antara stiffener dan skin pada struktur stiffened panel sepenuhnya diabaikan, sehingga perhitungan dilakukan dengan cara terpisah. Tujuan akhir optimasi adalah untuk mencari susunan lamina teringan dan memiliki kekuatan buckling tertinggi yang simetrik, balanced, dan mendekati sifat specially orthotropic yang mampu memenuhi constraint kekuatan buckling dan kriteria tegangan maksimum terhadap beban uniaksial arah longitudinal tertentu. Variabel desain untuk optimasi yang digunakan adalah parameter laminat, yaitu parameter yang akan mewakili susunan laminat sebenarnya. Proses optimasi GA dilakukan dua kali, pertama untuk mencari parameter laminat yang paling optimum, kemudian mencari susunan laminat yang paling sesuai dengan parameter tersebut. Setelah susunan lamina optimum didapatkan, susunan tersebut kemudian divalidasi melalui analisis FEM, untuk melihat apakah pendekatan dan penyederhanaan yang digunakan tetap dapat memenuhi constraint pada kasus struktur stiffened panel sesungguhnya. Optimasi telah berhasil dilakukan pada dua kasus pembebanan, dengan hasil susunan lamina dari optimasi memiliki error maksimum 9,6% terhadap hasil FEM. Hal ini berarti pendekatan yang digunakan cukup baik untuk diaplikasikan pada keadaan struktur sesungguhnya. Perbedaan ini disebabkan oleh beberapa hal, seperti pengabaian interaksi antara stiffener dan web pada optimasi, error dari metode RR dan closed-form yang digunakan, hingga ke presisian dari program Matlab yang digunakan. Hasil optimasi juga dibandingkan dengan penelitian referensi yang memiliki kasus optimasi dengan properti material, pembebanan, dan geometri yang sama, namun memiliki fungsi objektif dan pendekatan analitik yang berbeda. Hasil optimasi penelitian ini mampu menghasilkan hasil susunan lamina yang 33% lebih ringan dengan kekuatan buckling yang sama dibandingkan hasil optimasi penelitian referensi. Hal ini berarti fungsi objektif dan pendekatan yang digunakan pada penelitian ini lebih efisien dan tepat dibandingkan dari penelitian referensi. Terlepas dari penggunaan pembebanan, pembatasan masalah, dan constraint yang digunakan yang spesifik, proses, metode, dan pendekatan analisis dari optimasi ini dapat digunakan dengan permasalahan pembebanan, pembatasan masalah, dan constraint yang berbeda. Dari hasil tersebut, diharapkan penelitian ini dapat membantu mengembangkan optimasi susunan komposit laminat pada struktur stiffened panel terhadap kekuatan buckling, khususnya pada tahap desain awal.

Cari