Majid, Muhammad Syaiful Fadly Abdul (2020) Analisis Simulasi dan Eksperimental Dampak Balistik Penetrasi dari Peluru Terhadap Fiber Metal Laminate. Magister thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Material tahan peluru mempunyai peranan sangat penting sebagai alat pendukung militer dalam rangka tugas operasi di bidang pertahanan dan keamanan. Investigasi respon dari material terhadap beban impak balistik sangat penting ketika perancangan material armor atau material tahan peluru yang lebih baik. Soft body armour umumnya menggunakan lapisan tunggal serat kevlar (aramid) untuk melindungi dari serangan peluru hingga standard tingkat III-A. Penetrasi dari peluru menyebabkan kevlar mengalami deformasi yang menekan ke arah dalam (shock wave) pada saat menyerap laju energi peluru sehingga energi ini diteruskan mengenai tubuh pengguna sebagai tumpuan rompi. Idealnya, soft body armour harus seefektif dan seringan mungkin sehingga tidak mempengaruhi mobilitas penggunanya. Kevlar dapat digabung dengan bahan lain dalam bentuk komposit laminat/berlapis untuk meningkatkan ketahanan balistik nya. Perpaduan antara plat aluminium yang memiliki kekuatan dan ketahanan impak yang baik serta kepadatan (density) yang rendah dengan komposit kevlar/epoxy memiliki struktur yang kuat, sifat peredam yang baik (vibration damping), dan ketahanan tinggi terhadap beban dinamis dalam bentuk berlapis fiber metal laminate (FML) dapat dilakukan sebagai pembuatan material tahan peluru. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui fenomena yang terjadi akibat penetrasi dari peluru yang meliputi kedalaman penetrasi, kerusakan, kegagalan, struktur makro dan microstructure pada FML. Pengujian balistik secara eksperimen dilakukan sesuai dengan standard level dari National Institute of Justice (NIJ Standard 0101.06 level III-A) menggunakan senjata pistol metrillo dengan peluru bentuk hidung hemispherical kaliber 9 mm full metal jacket (FMJ) dengan inti timah bermantel kuningan dengan jarak tembak 5 m dan sudut serang normal (90° terhadap target sampel). Simulasi numerik dilakukan dengan menggunakan model material Johnson-Cook untuk plat aluminium dan model material orthotropik untuk kevlar/epoxy. Kedua model material didekatkan dengan hasil uji tarik secara eksperimen. Kriteria kerusakan dimodelkan dengan (damage model Johnson-Cook) untuk plat aluminium dan kriteria kegagalan Hashin untuk kevlar/epoxy. Manufaktur berlapis mengalami kegagalan delaminasi dengan pemodelan kriteria stress ikatan (bonded). FML dibuat dengan konfigurasi tiga lapisan, terdiri dari dua lembar plat aluminium 5083 tebal 2 mm pada permukaan luar dan kevlar/epoxy sebanyak empat layer sebagai inti (core). FML divariasikan dengan plat berlubang pada lapisan pertama dengan diameter lubang 3 dan 5 mm serta posisi penetrasi peluru pada daerah lubang.xvi Hasil eksperimen dan simulasi menunjukkan plat Al tunggal dan kevlar/epoxy sebagai bahan penyusun FML tertembus oleh peluru dengan karakteristik dampak dampak dan kerusakan yang berbeda. Plat Al tunggal tertembus dengan kegagalan pembentukan kelopak (petaling) di bagian sisi belakang serta tersebarnya patahan dimple di sekitar area kelopak yang menandakan terjadinya patahan ulet sedangkan kevlar/epoxy tertembus oleh peluru dengan kegagalan fracture serat pada benang primer dan terjadinya fiber pull-out, fiber stretching dan serat yang terputus. Penggabungan dua material menjadi satu dalam bentuk laminasi (FML) dapat menahan laju dari peluru dengan menembus lapisan pertama (Plat Al) dan lapisan kedua (kevlar/epoxy) sedangkan lapisan terakhir (back plate) terdeformasi membentuk tonjolan (bulge). Kegagalan pada FML pada lapisan pertama dan kedua mirip dengan masing-masing penyusun bahan sedangkan untuk manufaktur berlapis dari FML, kegagalan yang terjadi adalah delaminasi antar lapisan. Hal ini juga dibuktikan dari hasil simulasi yaitu distribusi tegangan pada seluruh lapisan ketika penetrasi awal peluru dan delaminasi akibat laju dari peluru. Plat berlubang pada lapisan pertama FML dapat menahan laju dari peluru dengan efek dampak yang berbeda-beda. Semakin besar diameter lubang menyebabkan tonjolan (bulge) sisi belakang semakin dalam. Kecuali FML berlubang 5 mm dengan posisi penetrasi ditegah lubang yang tertembus oleh peluru. Posisi penetrasi peluru di tengah pola pusat persegi lubang memberikan efek dampak pembentukan tonjolan yang paling kecil dengan penurunan kecepatan awal dan akhir peluru yang lebih cepat sehingga menyerap seluruh energi kinetik dari peluru dengan cepat. Secara makroskopik dan simulasi memperlihatkan perubahan arah peluru terhadap insiden awalnya ketika penetrasi pada plat berlubang sehingga tonjolan (bulge) lapisan terakhir (back plate) tampak tidak simetris antara sisi atas dan bawah.
English Abstract
Bullet resistant material plays very important role as a military tool in supporting operations in the field of defense and security. Investigating the behavior of materials related to ballistic impact loads is very important when designing better armor or better bullet resistant materials. Soft body armor generally uses a single layer of kevlar (aramid) fiber to protect against bullets up to level III-A standard. Bullet penetration causes the kevlar to deform which presses inward (shock wave) while absorbing the kinetic energy of the bullet, resulting the energy transmitted to the user's body as a support for the vest. Ideally, soft body armor should be as effective and as light as possible so that it does not affect its user’s mobility. Kevlar can be combined with other materials in the form of laminate/layer composites to increase its ballistic resistance. The combination of aluminum plate which has good strength and impact resistance and low density with kevlar/epoxy composite which has strong structure, good damping properties (vibration damping), and high resistance to dynamic loads, resulting on laminated fiber metal laminate (FML) can be done in a bullet resistant material manufacture. The objective of this research is to determine the phenomena that occur due to bullet penetration; including the depth of penetration, damage, failure, macrostructure, and microstructure of the FML. Ballistic testing was experimentally carried out in relevance with the National Institute of Justice standard (NIJ Standard 0101.06 level III-A) using a metrillo pistol with a hemispherical nose of 9 mm caliber with full metal jacket (FMJ) with a core of brass-coated lead and a range of 5 m done in normal angle of attack (90° to the target sample). Numerical simulations were carried out using Johnson-Cook material model for aluminum plates and orthotropic material model for kevlar/epoxy. Both material models were brought close to the results of the tensile test experimentally. Damage criteria were modeled with (damage model Johnson-Cook) for aluminum plates and Hashin's failure criteria for kevlar/epoxy. Layered manufacturing underwent delamination failure by bonded stress criteria model. FMLs were made with a three-layer configuration, consisting of two sheets of aluminum plate 5083 of 2 mm thick on the outer surface and four layers of kevlar/epoxy as a core. FMLs were varied with a perforated plate in the first layer with a hole diameter of 3 and 5 mm and the bullet penetration position in the hole area. The results of experiments and simulations showed a single Al plate and kevlar/epoxy as the constituent material for FML were perforated by bullets with different impact and damage characteristics. Single Al plate was perforated, characterized with the failures of petaling on the back side and the spread of dimple faults around the petaling area, which indicated ductile fracture. Meanwhile, kevlar/epoxy was perforated by bullets with failures of fiber fracture on primary yarn and the occurrence of fiber pull-out, fiber stretching, and broken fiber. A combination of the two materials in the form of FMLs can withstand the rate of bullets which perforated the first layer (A1 Plate) and the second layer (kevlar/epoxy), while the last layer (back plate) was deformed and formed a bulge. FML failures in the first and second layers were similar to each of its material compilers in the manufacturing ofxviii FML. The failure that occurred was delamination between layers. This was also evidenced from the results of the simulation, the stress distribution in all layers on the initial bullet penetration and the delamination due to the rate of bullets. Perforated plates in the first layer of FMLs could withstand the rate of bullets with different impact effects. The larger diameter of the hole caused the back side bulge to deepen. The exception was FMLs with a 5 mm hole with a penetration position in the center of the hole, which were perforated by bullets. The bullet penetration position in the center of the square center hole pattern gave the the smallest impact formation of bulge with a decrease in the initial and final velocity of the bullet faster, so that it absorbed all the bullet kinetic energy quickly. Macroscopically and simulations showed a change in bullet direction to its initial incident and the penetration on the perforated plate, so that the bulge of the last layer (back plate) looked asymmetrical between the top and bottom sides.
Other obstract
-
| Item Type: | Thesis (Magister) |
|---|---|
| Identification Number: | 0420070006 |
| Uncontrolled Keywords: | material tahan peluru, fiber metal laminate (FML), plat berlubang, dampak balistik, johnson-cook. bullet resistant material, fiber metal laminate (FML), perforated plate, ballistic impact, johnson-cook. |
| Subjects: | 700 The Arts > 739 Art metalwork / Art metal-work > 739.7 Arms and armor |
| Divisions: | S2/S3 > Doktor Teknik Mesin, Fakultas Teknik |
| Depositing User: | Bambang Septiawan |
| Date Deposited: | 28 Feb 2021 04:21 |
| Last Modified: | 12 Apr 2023 07:06 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/183596 |
![[thumbnail of DALAM MASA EMBARGO]](http://repository.ub.ac.id/style/images/fileicons/text.png) |
Text (DALAM MASA EMBARGO)
0420070006-Muhammad Syaiful Fadly Abdul Majid.pdf Restricted to Registered users only until 31 December 2023. Download (14MB) |
Actions (login required)
 |
View Item |