Fatigue Life Assessment of Polymer-Matrix Composites Under Variable Amplitude Loading Using Neural Networks

In the current study, Multi Layer Perceptron (MLP) based neural networks (NN) model with one hidden layer was utilized to predict fatigue lives of polymer-matrix composites under wide spectrum of fatigue stress ratios. E-glass/epoxy (Material I), E-glass/polyester (Material II) and AS4/PEEK (Material III) composites with, respectively, six, nine and six stress ratio values from the corresponding fatigue database were employed. Two stress ratios of each material were selected as the training set which represented a limited set of stress ratios. The Levenberg-Marquardt training algorithm which implemented Bayesian regularization was utilized to deal with the limited training set. In addition, the quality of the fatigue lives predicted by the NN model compared to those obtained by the experiments or other method was measured using mean square error (MSE) value. The prediction results showed that the NN model yield consistent and reasonably accurate fatigue life prediction under a wide range of stress ratio values for all the materials. Also, the fatigue life prediction was still consistent when the stress ratios of the training set were varied from Tension-Tension (T-T) to Compression-Compression (C-C) fatigue mode. Due to the simplicity of T-T fatigue testing with no buckling supports, the use of T-T training set may be preferred compared to T-C and C-C training sets. Moreover, the MSE values obtained in the current study were comparable with that of the previous work benchmarked. The optimum number of hidden nodes for Materials I, II and III was respectively 15, 6, and 30, with the corresponding optimum MSE values were 0.108, 0.185 and 0.117. Related to the optimum MSE values, it is observed that the best prediction results were achieved when using training set with R values far separated or symmetrical position in the CLD region. The strategic position of the stress ratios provided the best distribution of the fatigue information which in turn resulted in the best prediction results among the other training sets

Fatigue Life Assessment of Polymer-Matrix Composites Under Variable Amplitude Loading Using Neural Networks

In the current study, Multi Layer Perceptron (MLP) based neural networks (NN) model with one hidden layer was utilized to predict fatigue lives of polymer-matrix composites under wide spectrum of fatigue stress ratios. E-glass/epoxy (Material I), E-glass/polyester (Material II) and AS4/PEEK (Material III) composites with, respectively, six, nine and six stress ratio values from the corresponding fatigue database were employed. Two stress ratios of each material were selected as the training set which represented a limited set of stress ratios. The Levenberg-Marquardt training algorithm which implemented Bayesian regularization was utilized to deal with the limited training set. In addition, the quality of the fatigue lives predicted by the NN model compared to those obtained by the experiments or other method was measured using mean square error (MSE) value. The prediction results showed that the NN model yield consistent and reasonably accurate fatigue life prediction under a wide range of stress ratio values for all the materials. Also, the fatigue life prediction was still consistent when the stress ratios of the training set were varied from Tension-Tension (T-T) to Compression-Compression (C-C) fatigue mode. Due to the simplicity of T-T fatigue testing with no buckling supports, the use of T-T training set may be preferred compared to T-C and C-C training sets. Moreover, the MSE values obtained in the current study were comparable with that of the previous work benchmarked. The optimum number of hidden nodes for Materials I, II and III was respectively 15, 6, and 30, with the corresponding optimum MSE values were 0.108, 0.185 and 0.117. Related to the optimum MSE values, it is observed that the best prediction results were achieved when using training set with R values far separated or symmetrical position in the CLD region. The strategic position of the stress ratios provided the best distribution of the fatigue information which in turn resulted in the best prediction results among the other training sets

Pengaruh Komposisi Filler Limbah Polypropylene dan Sekam Padi terhadap Sifat Fisis dan Mekanik Komposit untuk Aplikasi Papan Semen Partikel

Papan partikel semen komposit memiliki potensial dalam memproduksi aplikasi pembangunan. Aplikasi yang diproduksi dari papan partikel semen memiliki kekuatan dan ketangguhan lebih dari papan partikel kayu. Selain itu, papan partikel semen juga lebih tahan akan api atau panas dan kedap akan suara. Papan partikel semen biasanya digunakan dalam pembangunan fisik di sektor konstruksi seperti penggunaan pada dinding panel sebagai aplikasi tahan api dan kedap suara. Karena proses pembuatan semen berperan sebagai penyumbang gas karbon dioksida dalam proses produksinya dan salah satu jenis semen adalah semen pre-mix mortar. Salah satu upaya untuk mengurangi dampak negatif terhadap lingkungan dari produksi semen adalah menggunakan material limbah sebagai filler komposit untuk mengurangi penggunaan semen. Material limbah berupa serat alam yang dapat digunakan sebagai penguat pada komposit adalah serat sekam padi. Bahan limbah lain yang bisa digunakan sebagai pengisi adalah polypropylene dan bata ringan. Bata ringan merupakan salah satu bahan utama untuk konstruksi dinding. Penelitian ini dilakukan dengan berbagai variasi komposisi sekam padi dan polypropylene pada komposit sekam padi/ polypropylene/ bata ringan/ semen untuk aplikasi papan partikel. Pengujian yang dilakukan berupa pengujian fisis (absorbsi air dan densitas), pengujian mekanik (beban lentur dan kuat tekan) serta pengujian mikroskop optik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan sekam padi dan polypropylene dapat memberikan sifat fisis dan mekanis yang lebih baik pada komposisi tertentu. Nilai pengujian sifat fisis dan mekanis papan semen partikel tidak seluruhnya memenuhi standar SNI 03-2105-2006, namun seluruhnya telah memenuhi standar ISO 8335. Nilai kuat lentur dan kuat tekan tertinggi dimiliki oleh komposit dengan variasi komposisi 0,5 phr sekam padi dan 0.5 phr polypropylene dengan nilai masing-masing sebesar 149,29 dan 523 kgf/cm2

Proses Pembuatan Besi Menggunakan Injeksi Gas Hidrogen ke Dalam Blast Furnace: Sebuah Alternatif untuk Mengurangi Emisi CO2

Semakin ketatnya aturan lingkungan hidup khususnya emisi karbon membuat industri besi dan baja yang sudah stabil dan mapan selama puluhan tahun menghadapi tantangan baru di masa depan. Adanya Paris Agreement tahun 2015, dengan target nol emisi CO2 pada tahun 2050 membuat banyak industri besi dan baja di dunia mulai mengembangkan berbagai alternatif teknologi untuk mereduksi emisi gas CO2 nya. Saat ini, industri besi dan baja telah melakukan berbagai upaya untuk menurunkan emisi gas CO2, salah satu alternatif untuk mereduksi gas CO2 tanpa mengubah jalur produksi dan teknologi pembuatan besi dan baja yang sudah ada, yaitu dengan menggunakan injeksi gas hidrogen ke dalam blast furnace. Tentunya, penggunaan injeksi gas hidrogen dalam jumlah yang besar akan mempengaruhi proses dan fenomena yang ada di dalam blast furnace. Terdapat beberapa reaksi reduksi oksida besi yang menjadi semakin banyak terjadi dan mengakibatkan perubahan yang cukup signifikan dalam proses di dalam blast furnace. Sehingga, blast furnace dengan injeksi gas hidrogen membutuhkan banyak penelitian dan studi yang lebih rinci

Simulasi Delaminasi Laminat Komposit Serat Karbon terhadap Variasi Arah Serat Menggunakan Teknik Cohesive Zone Model (CZM) dan Virtual Crack Closure (VCC) dengan Metode Elemen Hingga

Perkembangan teknologi material komposit terutama di material komposit laminat sangat pesat. Material komposit laminat tersusun dari beberapa gabungan lamina-lamina yang berikatan sehingga sering menyebabkan terjadinya deformasi. Salah satu dari model kerusakan kritis pada komposit laminat yaitu delaminasi. Untuk mengetahui proses delaminasi, dimodelkan double centilever beam dengan pembebanan beban berupa displacement. Dalam penelitian ini dilakukan analisa delaminasi laminat terhadap variasi arah serat yaitu [0/+45/+45/0]2s dan [0/+45/+90/-45]2s dengan menggunakan teknik Cohesize Zone Model (CZM) dan Virtual Crack Closure (VCC) menggunakan ANSYS Workbench 19.I dengan modal static structural. Kemudian dilakukan analisa dari hasil simulasi numerik delaminasi pada material sesuai dengan teori. Dengan menggunakan 3750 elemen, 7500 elemen dan 15000 elemen didapatkan hasil bahwa nilai critical force dari variasi [0/+45/+90/-45]2s jauh lebih besar daripada [0/+45/+45/0]2s dan juga dianalisis karakterisasi stress-strain hasil dari simulasi

Simulasi Aliran pada Proses Pengecoran Connecting Rod Berbahan Aluminium 7075 untuk Mesin Motor 150 cc dengan Variasi Tinggi Sprue Cetakan dan Temperatur Penuangan Menggunakan Metode Elemen Hingga

Connecting rod saat ini dimanufaktur melalui tiga metode yaitu forging, powder metallurgy, dan casting. Secara ekonomi, proses casting merupakan yang paling murah dibanding metode lain. Pada proses melakukan casting seringkali menggunakan trial and error untuk mendapatkan parameter casting yang dapat menghasilkan produk yang baik. Maka saat ini mulai digunakanlah simulasi numerik untuk menekan biaya produksi. Sudah banyak perangkat lunak yang diciptakan untuk menyimulasikan proses casting, namun banyak juga biaya yang dibutuhkan untuk membeli perangkat lunak tersebut. Maka dari itu perlu dilakukan penelitian mengenai simulasi numerik casting menggunakan perangkat lunak numerik umum yaitu ANSYS Workbench. ANSYS Workbench menyediakan berbagai fitur analisis sehingga sebuah perangkat hanya perlu menggunakan satu perangkat lunak untuk berbagai kebutuhan. Salah satu di dalamnya adalah ANSYS Fluent yang berguna menganalisis perilaku suatu fluida. Seperti diketahui proses pengisian cetakan harus menghindari aliran turbulen agar didapat produk cor yang baik. Parameter yang diamati pada penelitian ini adalah pouring temperature dan tinggi sprue cetakan terhadap sifat logam cair di dalam cetakan pada pengecoran connecting rod. Variasi tinggi sprue yang digunakan adalah 20 mm, 60 mm, dan 100 mm. Sedangkan untuk variasi temperatur penuangan adalah 715℃, 740℃, dan 765℃. Untuk material yang digunakan untuk connecting rod adalah aluminium 7075. Langkah-langkah penelitian ini dimulai dari desain model connecting rod dan gating system, kemudian melakukan simulasi dan analisis hasil. Berdasarkan simulasi ini, model yang memiliki intensitas turbulensi terkecil adalah tinggi sprue 20 mm dengan temperatur penuangan 740oC dan 765oC. Untuk fraksi volume logam terbesar yang masuk ke dalam rongga cetak terjadi pada model tinggi sprue 20 mm dengan temperatur penuangan 740oC. Dengan mempertimbangkan dua variabel tersebut, maka model pengecoran connecting rod untuk mesin motor 150 cc yang paling baik adalah menggunakan tinggi sprue 20 mm dengan temperatur penuangan 740oC

Simulasi Delaminasi pada Komposit Glass Fiber-reinforced Polymer (GFRP) dan Carbon Fiber-reinforced Polymer Menggunakan Metode Cohesive Zone Model (CZM) dan Virtual Crack Closure Technique (VCCT)

Komposit digunakan untuk pengganti logam, dengan mempertimbangkan kekuatan yang tidak berbeda jauh dengan logam. Glass fiber-reinforced polymer (GFRP) dan carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) merupakan dua komposit yang saat ini banyak digunakan. Namun pada penggunaannya komposit dapat mengalami kegagalan. Salah satu kegagalan material komposit adalah delaminasi, yakni lepasnya laminat-laminat antar lapisan (layer) material komposit. Pada penelitian ini, telah dilakukan perbandingan hasil simulasi delaminasi dengan tujuan mencari metode terbaik pada 2 metode berbeda yakni, Cohesive Zone Model (CZM), dan Virtual Crack Closure Technique (VCCT) pada dua material berbeda yakni, carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) dan glass fiber-reinforced polymer (GFRP). Simulasi dilakukan menggunakan ANSYS Workbench Mechanical, dimana terlebih dahulu dilakukan analisa mesh sensitivity untuk menentukan ukuran elemen paling optimal, dimana didapat ukuran 0.4 mm merupakan yang paling optimal. Setelah itu dilakukan analisa karakterisasi delaminasi dengan mempelajari kurva stress-strain dan distribusi tegangan-regangan. Dari analisa tersebut, dengan menggunakan parameter, didapat VCCT merupakan metode terbaik karena sesuai dengan teori, memiliki nilai margin error yang rendah, serta tidak memerlukan adanya preparasi delaminasi

Simulasi Transient Thermal Pada Pengecoran Connecting Rod Berbahan Aluminium 7075 untuk Aplikasi Mesin 150 CC dengan Variasi Material dan Desain Cetakan Menggunakan Metode Elemen Hingga

Connecting rod merupakan komponen yang penting pada sebuah kendaraan. Pembuatan connecting rod dilakukan dengan pengecoran. Dalam proses pengecoran terdapat banyak fenomena tidak dapat dikontrol secara langsung seperti distribusi temperatur, tegangan termal. Oleh karena itu digunakan ANSYS Mechanical Workbench untuk memprediksi fenomena dalam proses pengecoran. Menggunakan cetakan pasir silika untuk cetakan pasir dan besi cor kelabu sebagai permanent mold. Material yang digunakan untuk coran adalah alumunium alloy 7075 . pada simulasi ini menganalisa distribusi temperatur pada saat pendinginan dan tegangan termal, setelah simulasi didapatkan hasil bahwa kecepatan pendingiann cetakan besi cor kelabu untuk mencapai temperatur minimum 30oC lebih tinggi daripada cetakan pasir yaitu sebesar 36,64 detik untuk model 1 dan 34,64 detik untuk model 2 dibanding cetakan pasir sebesar 44,766 detik untuk model 1 dan 45,334 detik untuk model 2 detik dan tegangan termal pada material besi cor kelabu lebih besar daripada cetakan pasir yaitu tegangan termal tertinggi maksimum pada model 1 cetakan besi cor kelabu sebesar 1,5541e+015 pa dan teredah pada model 2 cetakan pasir sebesar 6,0414e+014 p

Analisa Proses Perpindahan Panas pada Pengecoran Paduan Al-12%Si dengan Metode Elemen Hingga

Piston merupakan salah satu komponen yang sangat penting bagi sebuah kendaraan. Di dalam sebuah industri, pembuatan piston dilakukan dengan cara pengecoran atau casting. Dalam proses pengecoran terdapat banyak fenomena umum yang tidak dapat dikontrol secara langsung seperti distribusi temperatur, tegangan termal, penyusutan serta deformasi cetakan. Oleh karena itu digunakan ANSYS Mechanical APDL yang berbasis metode elemen hingga untuk memprediksi fenomena dalam proses pengecoran. Digunakan pasir silika sebagai cetakan pasir dan SS304 sebagai permanent mold. Bahan coran yang digunakan adalah AL-12%Si. Ukuran piston Ninja 250R dijadikan referensi pada simulasi ini dimana memiliki dimensi bore dan stroke sebesar 62 mm dan 41.2 mm. Di dalam penelitian ini didapatkan pola distribusi temperatur serta tegangan termal dan juga shrinkage yang terjadi selama proses pengecoran dari kedua cetakan tersebut. Didapatkan nilai tegangan termal maksimum serta shrinkage sebesar 3.89E+09 Pa dan 31135.5 mm3 pada keseluruhan cetakan SS304 sedangkan pada keseluruhan cetakan pasir adalah 2.35E+08 Pa dan 600 mm3. Untuk bagian coran nilai tegangan termal maksimum dan shrinkage pada cetakan SS304 adalah 65228892.2 Pa dengang shrinkage sebesar 6.9457 mm3 dan pada cetakan pasir sebesar 258718.871 Pa dan 0.0245 mm3