Orasi Ilmiah Guru Besar Institut Teknologi Bandung: Pengembangan Kemampuan Analisis Dinamika Benda Fleksibel untuk Mendukung Kemandirian Rekayasa di Indonesia

Description

Dinamika benda fleksibel dalam dunia rekayasa merupakan suatu tantangan yang perlu diperhatikan dan diselesaikan untuk mendapatkan suatu desain sistem mekanik yang berfungsi baik dengan baik sesuai dengan tujuan desain. Dinamika benda terjadi akibat beban dinamis dalam bentuk gaya periodik, tidak periodik, transien (menghilang dalam waktu tertentu), atau acak. Jika beban cukup rendah dan menghasilkan tegangan yang berada di bawah kekuatan yield material, akan terjadi osilasi karena selama bekerjanya beban dinamis, energi potensial yang tersimpan pada struktur akan diubah bentuknya menjadi energi kinetik dan sebaliknya. Analisis yang dilakukan secara umum dibagi menjadi dua jenis, yaitu identifikasi karakteristik dinamik dan penentuan respon dinamis struktur. Analisis dilakukan untuk mendapatkan simpangan osilasi yang terjadi serta turunannya terhadap waktu, yaitu kecepatan dan percepatan. Data-data tersebut dapat digunakan untuk analisis berbagai hal yang diperlukan seperti kelelahan (fatigue) material, kenyamanan manusia, dan lain lain. Jika beban dinamis yang bekerja pada struktur tinggi, maka akan terjadi deformasi yang memasuki daerah plastis, atau terjadi deformasi elastis dan plastis. Jika gaya berhenti bekerja, maka deformasi elastis struktur akan hilang namun deformasi plastisnya akan tetap ada, dan struktur tidak kembali ke bentuk semula. Dalam kasus ini, analisis berpusat pada bentuk deformasi plastis yang terjadi dan besar energi yang terdisipasi. Struktur seperti ini banyak dimanfaatkan sebagai struktur penyerap energi yang melindungi penumpang suatu kendaraan dalam kecelakaan.

Buku ini memuat kegiatan penelitian analisis dinamika benda fleksibel dalam dua rentang pembebanan tersebut, yaitu di daerah elastis dan hingga di daerah plastis. Buku dimulai dengan pengantar yang menjelaskan topik-topik yang dibahas. Bab berikutnya membahas kasus dinamika benda fleksibel di dalam daerah elastis. Pembahasan dimulai dengan kasus dimana beban dinamis hanya merupakan fungsi waktu dan diikuti dengan kasus dimana beban dinamis merupakan fungsi waktu dan gerak dari benda, kasus yang sering ditemui pada benda yang berosilasi dalam suatu fluida yang mengalir. Interaksi antara gaya-gaya yang bekerja dengan gerakan benda akan menghasilkan perubahan karakteristik dinamis benda tersebut. Di bagian ini secara khusus dibahas kasus getaran pesawat terbang dalam aliran udara, yang merupakan bagian dari interaksi fluida-struktur, dan dikenal sebagai masalah aeroelastisitas. Gaya-gaya aerodinamika tak stasioner yang bekerja pada pesawat akan memodifikasi sistem yang semula hanya melibatkan gaya-gaya elastis, inersia, dan redaman mekanik jika tidak ada interaksi dengan aliran udara menjadi sistem aero-elasto-mekanik, atau disebut juga sistem aeroelastis, yang melibatkan gaya-gaya elastis, inersia, redaman mekanik, dan aerodinamika. Karena gaya-gaya aerodinamika selain tergantung geometri pesawat juga pada kecepatan dan ketinggian terbang, maka perilaku sistem aeroelastis akan berubah sesuai dengan kondisi kecepatan dan massa jenis udara atau ketinggian terbang. Dalam suatu kondisi terbang, pesawat udara bisa bersifat stabil, artinya jika ada gangguan pada pesawat terbang yang menghasilkan suatu osilasi, maka osilasi tesebut akan mengecil terhadap waktu. Namun di kondisi terbang lainnya, pesawat bisa bersifat tidak stabil, artinya suatu gangguan pada pesawat akan mengakibatkan terjadinya osilasi yang semakin membesar terhadap waktu dan dapat menghasilkan suatu hal yang katastropik. Di akhir bagian pertama, dibahas juga penelitian yang terkait dengan material maju dalam dinamika benda fleksibel. Penelitian ini terkait dengan studi penggunaan piezoelectric material sebagai aktuator dan sensor dan penerapannya untuk structural health monitoring (SHM). Bab berikutnya membahas kasus dinamika benda fleksibel yang mendapat beban dinamis yang besar sehingga terjadi deformasi yang memasuki daerah plastis. Respon benda tergantung pada kekakuan sistem, yang bergantung pada geometri dan sifat materialnya. Sifat mekanik beberapa material bergantung pada laju pembebanan yang dialaminya, atau dikenal sebagai strain rate sensitivity, sehingga data sifat material pada berbagai laju regangan diperlukan dalam penelitian ini. Data tersebut berupa kurva tegangan terhadap regangan material hingga daerah plastis pada berbagai laju regangan (strain rate). Respon benda akibat beban dinamis yang besar dalam waktu singkat, atau dikenal sebagai beban impak (impact), dapat diprediksi menggunakan data tersebut dan energi yang diserap dapat dihitung dari kurva gaya vs deformasi benda. Pembahasan diawali dengan prinsip dasar mekanika impak, dan dilanjutkan dengan pengembangan alat uji yang digunakan untuk mengukur kurva gaya vs deformasi benda yang digunakan sebagai sarana validasi model simulasi numerik yang dikembangkan. Selanjutnya, dibahas pengembangan alat yang digunakan untuk mengukur sifat material pada laju regangan tinggi, Split Hopkinson Pressure Bar, untuk mendapatkan model material yang memasukkan efek laju regangan dan dapat digunakan dalam simulasi numerik. Terakhir dibahas aplikasi analisis benda fleksibel hingga daerah plastis dalam peningkatan kelaikledakan kendaraan angkut personal dan penelitian kelaiktabrakan kereta cepat yang tengah dikembangkan di Indonesia.