Aplikasi Teknologi, Featured, Finite Element Analysis (FEA), Komputasi Teknik

Sekilas Contoh Penerapan Teknologi Simulasi di Dunia Militer

19 October 2012 2,402 views penulis: Print This Post Print This Post

1. Pendahuluan

Model FEM dari peluru dan perisai bajaSudah menjadi pengetahuan umum bahwa pihak militer adalah salah satu pengguna teknologi paling canggih di dunia. Banyak terobosan revolusioner yang diawali dari penelitian untuk keperluan dunia militer, sebutlah misalnya teknologi nuklir dan internet. Kedua teknologi ini pada awalnya dikembangkan secara terstruktur dan massif untuk memenuhi kebutuhan militer, namun seiring dengan perkembangan zaman, akhirnya lebih banyak digunakan untuk keperluan masyarakat umum.

Teknologi nuklir dalam bentuknya yang sekarang, secara sistematis pertamakali dikembangkan oleh pihak Amerika dengan program nasional yang secara populer dikenal sebagai Manhattan Project. Berlangsung selama tahun 1942-1946, proyek ini sukses mewujudkan senjata pemusnah massal paling mengerikan dalam sejarah manusia yang dicobakan di Hiroshima dan Nagasaki pada akhir PD II. Waktu berjalan, teknologi nuklir kemudian banyak digunakan untuk keperluan sipil seperti pembangkit tenaga listrik dan pertanian sejak tahun 1960-an. Dewasa ini teknologi nuklir menjadi salah satu teknologi yang paling banyak diburu oleh banyak negara, baik untuk keperluan sipil maupun militer.

Teknologi internet juga memilki keterkaitan yang kuat dengan pihak militer. Pada tahun 1970-an, untuk memenuhi kebutuhan network militer Amerika yang aman, di Pentagon diluncurkan program ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network). Pada awalnya koneksi antar komouter hanya berupa sistem local area network (LAN) sederhana. Komunikasi satu computer dengna computer lain pada saat itu berjalan di layar hitam, lewat konsol program yang antara lain bernama telnet. Setelah teknologi paket TCP/IP dikembangkan terjadilah lompatan-lompatan besar, dan ketika browser kemudian diperkenalkan,pemakaian internet meledak dan menandai era baru yang kita kenal dengan era teknologi informasi yang mendunia. Dewasa ini, hampir seluruh dunia bergantung pada internet dan di banyak negara sulit membayangkan bagaimana kehidupan manusia modern tanpa internet.

Masih banyak lagi contoh alat canggih yang ditelurkan oleh penelitian di dunia militer, antara lain robot sebesar serangga yang digunakan untuk keperluan mata-mata, atau alat penyadap percakapan sebesar kancing baju atau bahkan lebih kecil. Mengapa penelitian di litbang militer negara maju bisa menghasilkan teknologi demikian canggih?  Salah satu jawabannya adalah, dukungan penuh pemerintah dalam bentuk kebijakan dan dana yang melimpah.

2. Pengantar Penerapan Teknologi Simulasi

Dalam tulisan kali ini saya ingin memperkenalkan bagaimana dunia militer memakai secara maksimal teknologi simulasi untuk menghasilkan peralatan perang yang lebih baik daripada generasi sebelumnya. Saya mengambil contoh penerapan Finite Element Analysis (FEA) dengan menggunakan software komersial LS-DYNA untuk menganalisa kekuatan bahan perisai baja terhadap hantaman peluru senapan otomatis. Inti dari FEA ini adalah sebuah metode perhitungan yang disebut dengan Finite Element Method (FEM), dalam bahasa Indonesia kita sebut dengan metode elemen hingga.

FEM adalah sebuah istilah untuk teknik kalkulasi numerik yang sangat praktis dan mudah diterapkan untuk berbagai masalah-masalah rekayasa. Prinsip FEM adalah penghitungan fenomena fisika kompleks yang disederhanakan dengan cara membagi-bagi sebuah obyek menjadi banyak elemen, lalu satu-persatu elemen tersebut dicari penyelesaiannya, dan akhirnya semua penyelesaian tersebut digabung untuk mendapatkan penyelesaian secara keseluruhan (1). Istilah FEA, pada prakteknya dimaksudkan sebagai metode analisa menggunakan FEM sehingga fenomena sebenarnya dapat disimulasikan di layar computer. Pada awalnya FEA hanya diterapkan oleh industri-industri besar seperti industri pesawat terbang, kapal laut, atau mobil. Seiring dengan makin terjangkaunya harga komputer berkemampuan tinggi, dewasa ini FEA telah dipakai secara luas oleh industri kecil dan menengah di negara-negara maju seperti Amerika, Jepang dan Eropa. Dalam sepuluh tahun terakhir FEA juga sudah diterapkan secara besar-besaran di Cina dan India.

Keuntungan menerapkan simulasi dalam proses rekayasa produk (dikenal dengan istilah CAE, Computer Aided Engineering) jelas, anda tidak perlu membuat cetak biru di tahap awal, cukup membuat disain yang detail. Langkah selanjutnya adalah melakukan berbagai eksperimen secara virtual terhadap disain tersebut. Selain waktu pengembangan produk yang bisa diperpendek, jenis eksperimen bisa lebih banyak. Gampangnya seperti ini, sebuah rumah kotak hitam bisa diuji kekuatannya apakah tetap berfungsi baik bila tenggelam di laut dengan kedalaman ribuan meter, tanpa harus membuat alat uji dengan tekanan ribuan atmosfer. Dengan penerapan simulasi yang benar, jumlah uji fisik yang sebenarnya dapat dikurangi secara signifikan dan hanya perlu dilakukan pada tahap akhir pembuatan cetak biru saja. Tetapi, ada syarat agar dapat melakukan uji virtual dengan benar yaitu, pemakai FEA/CAE harus mengerti dengan baik fenomena fisika yang dianalisanya. Tanpa pemahaman mendasar yang cukup untuk masalah yang dianalisa, hasil FEA/CAE hanya akan membawa kepada kesimpulan yang salah, dan akibatnya bisa sangat fatal.

3. Simulasi Peluru Menembus Perisai Baja

Pada kesempatan kali ini akan ditampilkan simulasi sebuah peluru yang dilontarkan dari laras M16, kemudian peluru tersebut menghantam perisai yang terdiri dari dua lapis lembaran baja. Dimensi peluru yang digunakan dalam simulasi mendekati ukuran-ukuran sebenarnya. Simulasi ini mendemonstrasikan bagaimana FEA dapat memvisualisasikan proses peluru membentur dan melubangi perisai baja yang memiliki karakteristik tertentu. Agar dapat dipahami dengan mudah, rincian proses simulasi beserta hasilnya disertakan di file “bullet_strike.pdf”. Silakan menyimak detail simulasi di halaman ini. Perlu diingat bahwa simulasi ini hanya untuk tujuan demonstrasi, sehingga banyak dari kondisi sebenarnya yang disederhanakan. Misalnya tidak ada sudut tembak dan efek kenaikan suhu yang diabaikan.

Dari hasil simulasi di atas dapat kita lihat bahwa peluru tidak dapat menembus plat baja pertama untuk simulasi dengan kondisi 1. Pada kondisi 2, peluru dapat menembus sempurna plat pertama dan melubangi plat kedua dengan efek spalling. Dan pada kondisi 3, ketika peluru diberi dengan kecepatan rotasi sekitar 180,000 rpm, plat baja kedua terlubangi lebih besar. Pada prakteknya semua peluru pasti memiliki spin karena ada ulir yang dibuat pada laras senapan dengan tujuan menstabilkan gerak peluru terhadap hambatan udara. Dari hasil simulasi juga dapat kita lihat bagaimana pelat baja menjadi lubang, dan peluru menjadi penyok.

Apakah yang ditampilkan di sini benar-benar sesuai dengan kenyataan? Ini adalah pertanyaan yang hanya bisa dijawab ketika kita sudah melakukan eksperimen dengan peluru dan plat baja sebenarnya. Salah satu tujuan dari simulasi adalah memberikan gambaran umum sebuah fenomena. Dalam kasus ini,karena model material yang digunakan adalah model material sangat sederhana dan hanya untuk tujuan demonstrasi, kemungkinan besar hasilnya tidak sama dengan kenyataan sebenarnya. Namun dari telaah awal hasil simulasi, mekanisme yang diperlihatkan di layar komputer bisa dikategorikan “cukup logis” (considerably logic).

Sampai di sini, biasanya langkah selanjutnya adalah verifikasi hasil simulasi dengan hasil eksperimen. Bila hasil simulasi dan eksperimen cukup mirip, yang berarti simulasi cukup valid, langkah berikutnya adalah mengubah karakteristik material yang diuji dan mencoba berbagai kondisi peluru. Misalnya menerapkan karakteristik baja campuran yang lebih bervariasi atau mengubah sudut tembak peluru, besar dan kecepatannya.

4. Penutup

Demikian kita telah membahas sedikit tentang penerapan teknologi simulasi di dunia militer yang dicontohkan dengan visualisasi proses peluru melubangi dua lapis plat baja. Mengingat urgensi dan keuntungan yang dapat diraih dengan menerapkan teknologi simulasi dalam proses manufaktur alat perang, penguasaan teknologi ini menjadi mutlak bagi badan-badan penelitian dan pengembangan (litbang) yang berada di lingkungan TNI dan POLRI, seperti divisi litbang PT.PINDAD atau laboratorium-laboratorium lainnya.

Pengenalan singkat mengenai software yang digunakan dalam simulasi di atas, dapat dilihat di sini.

Semoga uraian di atas ada manfaatnya bagi para pengunjung website infometrik dan penggiat militer khususnya. Kritik dan saran sangat diharapkan oleh penulis. Terima kasih.

Referensi:

(1)  http://www.infometrik.com/2009/08/pengantar-finite-element-method/

(2)  LS-DYNA 971 Manual, published by LSTC.

———————————————————————————————————————————

*Azhari Sastranegara, Dr.Eng

Menekuni bidang kekuatan material, impact safety, crashworthiness pada struktur kemudi kendaraan, tribology, dan  bearing manufacturing.

Tentang penulis dapat dilihat di

http://www.infometrik.com/penulis/?user=Azhari-Sastranegara



Daftarkan di social page berikut (klik untuk submit):



3 Comments »

  • hery said:

    Banyak teman yang ingin belajar penggunaan LS-Dyna untuk simulasi tumbukan partikel ke material baja, aluminium, atau komposit keramik. Buku apa yg direkomendasikan Pak Azhari ?

  • Mekanik said:

    Bagaimana cara mempelajari pemakaian ls-dyna? Adakah yang bisa memberikan tutorial praktis di Indonesia?

    Abdussalam, mekanik
    Jakarta

  • Azhari Sastranegara said:

    Dear Pak Hery dan Pak Mekanik,

    Kelemahan LS-DYNA dibanding software lain yang penggunaannya lebih luas seperti ANSYS atau NASTRAN adalah kurangnya buku-buku tutorial yang bersifat step-by-step dari awal.
    Padahal untuk jenis simulasi seperti ini, paling cepat belajarnya adalah dengan metode “Learning by Doing”, langsung praktek simulasi dengan masalah yang ada di sekitar kita.

    Manual resmi bisa didownload di http://www.lstc.com,
    untuk berbagai tutorial ringan bisa dilihat di website Suri Bala, seorang programmer yang terlibat langsung dalam pengembangan ls-dyna: http://blog2.d3view.com/.

    Webstite terkait:
    http://www.dynalook.com
    http://www.dynasupport.com

    Untuk yang berbahasa Indonesia belum ada…
    Doakan saya bisa buat yang pertama (smile..).

    Jika ada instansi pemerintah maupun swasta yang berminat menjajal LS-DYNA saya bisa berikan introduction dan pelatihan singkat.
    Silakan kontak kami di azhari at infometrik.com

    Azhari Sastranegara

Tuliskan komentar anda!

You must be logged in to post a comment.