Pemodelan die drawing UHMWPE dengan metode elemen hingga

ANGGONO, Agus Dwi, Ir. Rini Dharmastiti, M.Sc., Ph.D

2009 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Material UHMWPE merupakan material yang digunakan untuk sendi lutut tiruan, karena memiliki koefisien gesek yang rendah, ketahanan aus yang tinggi atau umur pakai yang panjang dan kompatibel terhadap jaringan tubuh. Salah satu metode untuk meningkatkan ketahanan aus adalah membuat UHMWPE terorientasi dengan proses die-drawing. Die-drawing akan menghasilkan orientasi UHMWPE searah dengan gaya penarikan sehingga sesuai untuk digunakan pada sendi lutut tiruan dengan mengatur arah gesekan pararel terhadap orientasi material. Variabel yang berpengaruh dalam proses die-drawing diantaranya adalah die ratio, kecepatan dan temperatur. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk melakukan pemodelan die-drawing UHMWPE dengan metode elemen hingga. Prediksi proses die-drawing dapat dilakukan dengan pemodelan menggunakan alat bantu perangkat lunak ABAQUS 6.5. Perangkat lunak tersebut membutuhkan masukan data plastic strain dan elastic strain material yang didapatkan dari pengujian tarik uniaksial dengan menggunakan Universal Testing Machine (UTM). Pemakaian ukuran mesh dalam pemodelan berdasarkan studi konvergensi elemen dari mesh 3, 2, 1, 0,75, 0,5 dan 0,25mm. Ukuran mesh yang telah dikonvergensi tersebut digunakan untuk memodelkan die-drawing dengan die-ratio 2, dimana diameter awal billet 30 mm, kecepatan penarikan 20 mm/menit dan temperatur 110oC. Data hasil percobaan digunakan sebagai pembanding dari data pemodelan untuk mendapatkan data model yang valid. Data model yang telah divalidasi digunakan untuk memvariasikan draw-ratio mulai 2, 3, 4 dan 5, variasi temperatur dari 100 oC, 110 oC dan 120oC, kecepatan penarikan dari 10, 20, 40 dan 210 mm/menit dan variasi skala dari 1,33, 1,66 dan 2. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemodelan yang dilakukan untuk proses die-drawing UHMWPE mendapatkan hasil yang valid dan mendekati data hasil pengujian sehingga dapat digunakan untuk memprediksi proses diedrawing UHMWPE. Berdasarkan hasil analisis ABAQUS 6.5 maka proses diedrawing yang paling optimal adalah dengan die-ratio 2, kecepatan penarikan 10 mm/menit dan temperatur 120oC. Disebut sebagai kondisi optimum karena pada kriteria tersebut tegangan yang terjadi selama proses adalah yang paling rendah.

UHMWPE has been extensively used in joint replacements because it possesses low coefficient of friction, high wear resistance and compatibility with body tissue. One of method to increase wear resistant is by making molecular chains oriented in UHMWPE with die-drawing process. Die drawing will produce orientation of molecular chains unidirectional to the force direction, therefore it is very accurate applied for knee hinge by arranging the direction of friction parallel to the molecule orientation. Some factors influencing die-drawing process are draw-ratio, velocity and temperature. The aim of this research is to analyze the die drawing process of UHMWPE by using finite element modeling Initial prediction of die drawing process can be carried out by modeling the die drawing using ABAQUS 6.5 software. The software requires material data input of plastic strain and elastic strain that is obtained from uniaxial tensile test by using Universal Testing Machines (UTM). The usage of mesh scale in the modeling is based on element convergence study from the mesh size of 3, 2, 1, 0.75, 0.5 and 0.25. Mesh scale which has been convergence is then applied to the die-drawing modeling with draw-ratio of 2, drawing speed of 20 mm/min and temperature of 110oC. Experiment data is used as benchmarking data for modeling data to get valid model data. The valid data is applied to various draw ratio starting from 2, 3, 4 and 5, various temperature starting from 100, 110 and 120oC, various drawing speed starting from 10, 20, 40 and 210 mm/min and various scale starting from 1.33, 1.66 and 2. The result of this research indicates that finite element modeling of the die-drawing of UHMWPE gets the valid data and is applicable to predict UHMWPE die-drawing process. Based on the result of ABAQUS 6.5 the optimum die-drawing process is by using draw ratio of 2, draw speed of 10 mm/min and temperature of 120oC. This condition is said to be optimum since it shows the lowest stress at that criterion.

Kata Kunci : UHMWPE terorientasi,Die,drawing,Pemodelan elemen hingga, oriented UHMWPE, die drawing, finite element modeling