Studi mikromekanika dua dimensi komposit serat searah terdistribusi acak dengan metode elemen hingga

GUNAWAN, Ir. Jamasri, Ph.D

2006 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Salah satu parameter penting pada studi mikromekanika komposit adalah representative volume element (RVE), karena RVE berisi informasi utama (distribusi serat, void, fraksi volume, dll) dari komposit. Dengan penggunaan ukuran RVE tertentu diharapkan dapat diprediksi sifat-sifat efektif dari komposit dengan akurat. Pada penelitian ini digunakan metode elemen hingga untuk menganalisis pengaruh perubahan ukuran RVE (δ = L/d) terhadap parameter analisis, pada komposit dengan serat terdistribusi acak, yang diberi beban arah transversal. Beberapa parameter yang digunakan dalam analisis ini antara lain konvergensi tegangan, kondisi Hill, faktor konsentrasi regangan, dan fraksi volume, serta analisis peluang distribusi jarak serat terdekat (nearest-neighbor distribution) untuk menganalisis fluktuasi keacakan serat . Hasil analisis menunjukkan bahwa ukuran RVE yang memenuhi parameter analisis tersebut adalah untuk Vf = 0,35 pada δ = 70, untuk Vf = 0,45 pada δ = 60, untuk Vf = 0,55 k pada δ = 50 dan untuk Vf = 0,65 pada δ = 40. Pada model komposit yang dimodelkan dengan serat terdistribusi acak memiliki kontur tegangan dan kontur regangan yang berbeda dengan model yang memiliki distribusi jarak serat sama. Harga modulus Elastisitas untuk tiap vf adalah 8,93 E+5 Psi untuk vf = 0.35, 9.21 E+5 Psi untuk vf = 0,45, 9.49 E+5 Psi untuk vf = 0,55 dan 9.82 E+5 Psi untuk vf = 0,65. Harga E2 yang diperoleh dengan FEM lebih besar dari harga yang diperoleh dengan menggunakan persamaan Halpin- Tsai dengan ξ = 2.

One of the important parameter in composite micromechanics study is Representative Volume Element (RVE), because RVE contains main information including fiber distribution, void, volume fraction, etc from the composite which is simulated. By using definite RVE as criteria, hopefully the effective properties of the composite can be predicted accurately. This research uses a Finite Element Method to analyze the influence of change in RVE size (δ = l/d, l = length RVE, d = fiber diameter) to some parameter analyze, on randomly distributed composite with transversal load. Some parameters which is used in this analysis are convergence of stress, Hill condition, strain concentration factor, and volume fraction, and nearest-neighbor distribution distance to analyze fluctuation random fiber The result of analysis shows that size of RVE which fulfill the parameters are δ = 70, δ = 60, δ = 50, and δ = 40 for Vf = 0,35, 0,45, 0,55, 0,65 respectively. The Composite model which is modeled with the random distribution fiber have different contour of tension and strain compared to composite which is modeled by regular distribution fiber. The Modulus Elasticity for each vf are 8,93 E+5 Psi, 9.21 E+5 Psi, 9.49 E+5 Psi and 9.82 E+5 Psi for the vf = 0,35, 0,45, 0,55, 0,65 respectively. Values E2 from FEM are greater than Halpin-Tsai equation.

Kata Kunci : Mikromekanika Komposit,RVE,Metode Elemen Hingga, RVE, micromechanics, Finite element method