Studi Simulasi dan Eksperimental Sifat Mekanis Utama Hybrid Komposit Polyester Berpenguat Bamboo Roving dan Fiberglass pada Berbagai Variasi Susunan Layer sebagai Material Kapal Purse Seine 10 GT

Mahendra, Joan Deva Putra (2024) Studi Simulasi dan Eksperimental Sifat Mekanis Utama Hybrid Komposit Polyester Berpenguat Bamboo Roving dan Fiberglass pada Berbagai Variasi Susunan Layer sebagai Material Kapal Purse Seine 10 GT. Masters thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 6007221006-Master_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only Download (7MB) | Request a copy

Abstract

Kapal purse seine 10 GT menggunakan material fiberglass yang dalam proses produksinya menghasilkan emisi gas karbon. Untuk menekan emisi tersebut, pemerintah berupaya mengganti material fiberglass dengan serat alami. Namun, karena properties serat alami masih belum dapat melampaui fiberglass, penerapannya perlu dilakukan secara hybrid dengan fiberglass. Saat ini, penelitian tentang hybrid komposit fiberglass dan bambu roving untuk kapal 10 GT dengan 4 layer (1 BR) menggunakan metode hand layup press telah dilakukan dan memenuhi standar BKI. Namun, beberapa bagian kapal 10 GT seperti side hull, bottom hull, dan lunas memerlukan material yang lebih tebal dari 4 layer untuk menurunkan center of gravity kapal dan meningkatkan stabilitas. Untuk mengetahui berapa penambahan jumlah layer hybrid komposit bambu roving dan fiberglass yang paling efektif dengan mempertimbangkan berat minimum bagian kapal yang berperan meningkatkan stabilitas kapal sesuai standar BKI, dilakukan dengan tabel perbandingan kandungan massa bambu roving dengan massa total komposit. Dalam menentukan variasi layer terbaik pada jumlah layer dengan massa bambu roving (BR) paling efektif, jika dilakukan dengan metode eksperimen membutuhkan banyak waktu dan biaya. Hal tersebut karena melibatkan banyak spesimen pada berbagai variasi. Oleh karena itu, penelitian ini melakukan simulasi uji tarik standar ASTM D638 dan uji bending standar ASTM D790 untuk menentukan variasi layer hybrid komposit bambu roving dan fiberglass (CSM 300 dan CSM 450) terbaik pada jumlah layer dengan persentase massa bambu roving paling efektif. Dengan demikian, eksperimen hanya perlu dilakukan pada variasi layer terbaik sebagai perbandingan dan validasi.
Untuk melakukan simulasi uji tarik dan bending menggunakan software Ansys 2023 pada penelitian ini, diperlukan mechanical properties material. Penentuan mechanical properties material yang digunakan pada penelitian ini didasari pada kesesuaian dengan hasil eksperimen pada penelitian terdahulu. Menggunakan tiga kandidat properties material awal (CSM 300, CSM 450, dan WR 800) yang didapatkan dari datasheet produk dan beberapa penelitian, modulus young setiap material dinaikkan dan diturunkan 2 step untuk membentuk kerangka dataset. Dari kerangka dataset material awal tersebut, masing – masing data diolah dengan material designer menghasilkan mechanical properties komposit (orthotropic) yang digunakan dalam simulasi uji tarik, menghasilkan tensile strength untuk membuat dataset. Menggunakan persamaan regresi pada dataset tersebut didapatkan tiga kandidat mechanical properties komposit yang akan dianalisis yaitu CSM75/WR83.5, CSM55.7/WR79.3, dan CSM16/WR70.6. Penentuan jumlah layer yang digunakan dalam penelitian ini dibatasi dengan sebuah kondisi yang paling efektif, dimana kenaikan persentase massa bambu roving dalam komposit lebih tinggi dari kenaikan total massa komposit. Dari hasil tabel perbandingan kenaikan persentase kandungan massa bambu dengan persentase kenaikan massa total komposit, didapatkan jumlah layer yang paling efektif adalah 5 layer (2 BR) dengan glass weight content 2840 gram/m2. Dalam melakukan simulasi uji tarik dan bending untuk menentukan variasi layer hybrid komposit bambu roving dan fiberglass terbaik, dilakukan menggunakan static structural Ansys 2023 pada properties hasil penentuan yang paling sesuai dengan eksperimen penelitian terdahulu menggunakan variasi 5 layer (2BR). Untuk validasi hasil simulasi, dilakukan eksperimen uji tarik dan bending dengan metode hand layup press pada variasi layer terbaik hasil simulasi.
Penelitian ini menunjukkan bahwa mechanical properties komposit yang paling sesuai dengan eksperimen pada penelitian terdahulu adalah properties CSM55.7/BR 46.3 karena memiliki perbandingan eror terkecil daripada kedua properties lainnya. Oleh karena itu, properties tersebut digunakan dalam simulasi uji tarik dan bending pada variasi layer hybrid komposit 5 layer (2BR) untuk menentukan variasi layer terbaik yang melampaui standar BKI. Hasil simulasi uji tarik pada load 4848 N menunjukkan variasi I (c/C/C/B/B) adalah yang terbaik dengan tensile strength 143.22 N/mm² dan modulus young 37.158 GPa. Pada simulasi uji bending dengan load 640 N, variasi layer I (c/C/C/B/B) juga merupakan yang terbaik dengan bending strength 356.78 N/mm² dan modulus young 66.18 GPa. Hasil perbandingan eksperimen dengan simulasi menunjukkan bahwa variasi I (c/C/C/B/B) dan II (c/C/B/C/B) memiliki hasil yang serupa dan menunjukkan trend grafik yang identik. Meskipun pada uji tarik variasi I (c/C/C/B/B) dan pada uji bending variasi (c/C/B/C/B) memiliki sedikit penyimpangan strain antara eksperimen dengan simulasi, hasil uji statistik two sample t test membuktikan tidak ada perbedaan hasil strain.
========================================================================================================================
The 10 GT purse seine vessel uses fiberglass material which in the production process produces carbon gas emissions. To reduce these emissions, the government is trying to replace fiberglass with natural fibers. However, since the properties of natural fibers still cannot surpass fiberglass, its application needs to be done in a hybrid manner with fiberglass. Currently, research on hybrid fiberglass and bamboo roving composites for 10 GT vessels with 4 layers (1 BR) using the hand layup press method has been conducted and meets BKI standards. However, some parts of the 10 GT ship such as side hull, bottom hull, and keel require thicker material than 4 layers to lower the ship's center of gravity and improve stability. To find out how to add the most effective number of hybrid layers of bamboo roving and fiberglass composites by considering the minimum weight of ship parts that play a role in increasing ship stability according to BKI standards, a comparison table of the mass content of bamboo roving with the total mass of the composite is carried out. In determining the best layer variation in the number of layers with the most effective mass of bamboo roving (BR), if done by experimental methods requires a lot of time and money. This is because it involves many specimens in various variations. Therefore, this research simulates the ASTM D638 standard tensile test and ASTM D790 standard bending test to determine the best hybrid layer variation of bamboo roving and fiberglass composites (CSM 300 and CSM 450) at the number of layers with the most effective bamboo roving mass percentage. Thus, experiments only need to be conducted on the best layer variation for comparison and validation.
To simulate tensile and bending tests using Ansys 2023 software in this study, mechanical properties of materials are required. The determination of the mechanical properties of the materials used in this study is based on the suitability of the experimental results in previous studies. Using three initial candidate material properties (CSM 300, CSM 450, and WR 800) obtained from product datasheets and several studies, the young's modulus of each material was increased and decreased by 2 steps to form a dataset framework. From the initial material dataset framework, each data is processed with the material designer to produce composite mechanical properties (orthotropic) used in tensile test simulations, resulting in tensile strength to create a dataset. Using the regression equation on the dataset, three composite mechanical properties candidates were obtained to be analyzed, namely CSM75/WR83.5, CSM55.7/WR79.3, and CSM16/WR70.6. The determination of the number of layers used in this study is limited to a most effective condition, where the increase in the percentage of bamboo roving mass in the composite is higher than the increase in the total mass of the composite. From the results of the comparison table of the percentage increase in bamboo mass content with the percentage increase in total composite mass, the most effective number of layers was found to be 5 layers (2 BR) with a glass weight content of 2840 grams/m2. In conducting tensile and bending test simulations to determine the best hybrid layer variation of bamboo roving and fiberglass composites, it is carried out using static structural Ansys 2023 on the properties of the determination results that are most in accordance with previous research experiments using a variation of 5 layers (2BR). To validate the simulation results, tensile and bending test experiments were carried out using the hand layup press method on the best layer variation simulation results.
This study shows that the composite mechanical properties that best match the experiments in previous research are the CSM55.7/BR 46.3 properties because they have the smallest error ratio than the other two properties. Therefore, these properties were used in the simulation of tensile and bending tests on layer variations of a 5-layer hybrid composite (2BR) to determine the best layer variation that exceeds BKI standards. The tensile test simulation results at a load of 4848 N showed that variation I (c/C/C/B/B) was the best with a tensile strength of 143.22 N/mm² and a young modulus of 37.158 GPa. In the bending test simulation with a load of 640 N, layer variation I (c/C/C/B/B) is also the best with a bending strength of 356.78 N/mm² and a young modulus of 66.18 GPa. The comparison of experimental and simulation results shows that variations I (c/C/C/B/B) and II (c/C/B/C/B) have similar results and show identical graphical trends. Although in the tensile test variation I (c/C/C/B/B) and in the bending test variation (c/C/B/C/B) have slight strain deviations between experiments and simulations, the results of the two sample t test statistical test prove there is no difference in strain results.

Item Type:	Thesis (Masters)
Uncontrolled Keywords:	Bamboo Roving, Fiberglass, Layer, Hybrid Komposit, BKI. ======================================================================================================================== Bamboo Roving, Fiberglass, Layer, Hybrid Composite, BKI.
Subjects:	T Technology > T Technology (General) > T57.62 Simulation V Naval Science > VM Naval architecture. Shipbuilding. Marine engineering > VM298.5 Shipbuilding industri. Shipyards V Naval Science > VM431 Fishing boats V Naval Science > VM Naval architecture. Shipbuilding. Marine engineering > VM761 Stability of ships
Divisions:	Faculty of Industrial Technology > Mechanical Engineering > 21101-(S2) Master Thesis
Depositing User:	Joan Deva Putra Mahendra
Date Deposited:	08 Aug 2024 11:41
Last Modified:	08 Aug 2024 11:41
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/114575

Actions (login required)

View Item