ArticlePDF Available

Pengaruh Jumlah Ulir dan Variasi Beban terhadap Kekuatan Sambungan Cap dan Tabung Roket Dextrose Menggunakan Metode Elemen Hingga

Authors:
  • Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN)

Abstract

Kajian ini bertujuan untuk meneliti pengaruh jumlah ulir dan variasi beban terhadap kekuatan sambungan cap dan tabung roket Dextrose menggunakan metode elemen hingga. Cap dan tabung roket menggunakan Al 6063-T5. Ulir yang digunakan yaitu jenis ulir persegi dengan variasi jumlah ulir 5 dan 6 buah. Pembebanan divariasikan 4, 5, 6, dan 7 kN. Analisis elemen hingga dilakukan dengan bantuan software Ansys Workbench. Hasil simulasi tegangan statis menunjukkan semakin besar pembebanan, maka semakin tinggi tegangan von Mises maksimum. Tegangan von Mises maksimum menurun seiiring peningkatan jumlah ulir. Sambungan ulir persegi dengan variasi jumlah ulir 5 dan 6 dapat menahan beban statis hingga 6 kN karena memiliki faktor keamanan lebih dari 1,25.
Journal of Mechanical Engineering, Vol. 5, No. 2, September 2021. P-ISSN: 2598-7380 e-ISSN: 2613-9847 | 72
JURUSAN TEKNIK MESIN, FAKULTAS TEKNIK, UNIVERSITAS TIDAR (2021) 000000
Available online at www.jurnal.untidar.ac.id
JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING
Journal homepage: http://jurnal.untidar.ac.id/index.php/mechanical/index
Pengaruh Jumlah Ulir dan Variasi Beban terhadap Kekuatan
Sambungan Cap dan Tabung Roket Dextrose Menggunakan
Metode Elemen Hingga
Lasinta Ari Nendra Wibawaa,*, Adi Farmasiantorob, Abdillah Hasanc, Diyat Muhdiyata,
Iyus Rusyanaa, Yopie Kristiyanaa, Unggul Satrio Yudhotomoa
aBalai Uji Teknologi dan Pengamatan Antariksa dan Atmosfer Garut, Badan Riset dan Inovasi
Nasional (BRIN), Jln. Cilauteureun Cikelet, Garut 44177, Indonesia
bPusat Teknologi Satelit, Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN), Jln. Cagak Satelit No. 8 Km 0,4
Rancabungur, Bogor 16310, Indonesia
cPerhimpunan Roket Amatir Indonesia (PERISAI), Perumahan Bukit Pertanian, Jln. Cendana Raya No.
37 Tirtajaya Sukmajaya, Depok, Indonesia
*Correspondence email: lasinta.ari@lapan.go.id
Keyword:
ansys workbench
finite element
method
dextrose rocket
thread joint
square thread
ABSTRACT
This study aims to examine the effect of the number of threads and load variations on
the strength of the connection between the cap and tube of the Dextrose rocket using
the finite element method. The rocket cap and tube use Al 6063-T5. The thread used
is the type of square thread with variations in the number of threads 5 and 6 pieces.
The loading was varied 4, 5, 6, and 7 kN. Finite element analysis was carried out
with the help of Ansys Workbench software. Static stress simulation results show the
greater the loading, the higher the maximum von Mises stress. The maximum von
Mises stress decreases as the number of threads increases. Square threaded joints
with variations in the number of threads 5 and 6 can withstand a static load of up to
6 kN because they have a safety factor of more than 1.25.
Kata Kunci:
ansys workbench
metode elemen
hingga
roket dextrose
sambungan ulir
ulir persegi
ABSTRAK
Kajian ini bertujuan untuk meneliti pengaruh jumlah ulir dan variasi beban terhadap
kekuatan sambungan cap dan tabung roket Dextrose menggunakan metode elemen
hingga. Cap dan tabung roket menggunakan Al 6063-T5. Ulir yang digunakan yaitu
jenis ulir persegi dengan variasi jumlah ulir 5 dan 6 buah. Pembebanan divariasikan
4, 5, 6, dan 7 kN. Analisis elemen hingga dilakukan dengan bantuan software Ansys
Workbench. Hasil simulasi tegangan statis menunjukkan semakin besar pembebanan,
maka semakin tinggi tegangan von Mises maksimum. Tegangan von Mises
maksimum menurun seiiring peningkatan jumlah ulir. Sambungan ulir persegi
dengan variasi jumlah ulir 5 dan 6 dapat menahan beban statis hingga 6 kN karena
memiliki faktor keamanan lebih dari 1,25.
Journal of Mechanical Engineering, Vol. 5, No. 2, September 2021. P-ISSN: 2598-7380 e-ISSN: 2613-9847 | 73
PENDAHULUAN
Roket Dextrose merupakan salah satu jenis
roket amatir yang menggunakan bahan bakar Kalium
Nitrat dan Dextrose dengan rasio atau perbandingan
65 persen dibanding 35 persen [1], [2]. Roket
Dextrose sering digunakan dalam riset mahasiswa di
beberapa perguruan tinggi di dunia [3][8].
Roket Dextrose terdiri dari beberapa bagian
seperti halnya roket pada umumnya, yaitu hidung
roket (nose cone), tutup (cap), muatan (payload),
motor roket, tabung roket, pemantik (igniter), bahan
bakar (fuel), dan nosel. Motor roket merupakan
bagian penting dari roket Dextrose yang menentukan
besarnya gaya dorong (thrust) dari roket tersebut.
Motor roket adalah bagian yang sangat
penting dari roket, dan sering gagal pada
sambungannya. Kegagalan dapat terjadi pada
sambungan antara tabung roket dengan tutup atau
nosel. Sambungan adalah lokasi di mana tegangan
terkonsentrasi karena tekanan internal dari
pembakaran bahan bakar roket. Analisis tegangan
statis penelitian sebelumnya dari motor roket
menunjukkan bahwa tegangan von Mises maksimum
selalu terjadi pada sambungan [1], [2], [9][11].
Beberapa penelitian pendahuluan dari roket
Dextrose telah membahas tabung roket dengan
diameter 32 mm yang diasumsikan dengan prinsip
bejana tekan [1], [2]. Penelitian tersebut
menggunakan variasi ketebalan dinding, ketebalan
cap, radius fillet, panjang tabung, dan tekanan
internal. Namun, penelitian yang membahas tentang
penyambungan tabung roket dengan komponen lain
seperti cap dan nosel masih sedikit. Padahal titik
kritis tegangan von Mises maksimum terjadi pada
sambungan. Oleh karena itu, penelitian tentang
pengaruh variasi beban dan jenis ulir terhadap
kekuatan sambungan tutup dan tabung roket penting
untuk dilakukan.
Sambungan ulir sering digunakan untuk
menyambung silinder dan pipa, terutama yang
berdiameter tidak terlalu besar. Sambungan juga
digunakan untuk menghubungkan tabung roket ke
tutup dan tabung roket ke nosel. Penyambungan dua
komponen dengan menggunakan sambungan ulir
perlu diperhatikan dengan cermat untuk menghindari
kegagalan yang tidak diinginkan. Ada beberapa jenis
ulir, yang masing-masing memiliki karakteristik
yang berbeda. Pemilihan ulir dan jumlah ulir sangat
bergantung pada karakteristik penggunaannya. Oleh
karena itu, penelitian tentang pengaruh jumlah ulir
dan variasi beban perlu dilakukan untuk
menghasilkan desain sambungan yang sesuai dengan
yang diharapkan. Selain itu, kekuatan sambungan
sangat menentukan hasil uji hidrostatik tabung roket.
Penelitian ini bertujuan untuk menguji
pengaruh jumlah ulir dan variasi beban terhadap
kekuatan sambungan antara cap dan tabung roket
Dextrose menggunakan metode elemen hingga. Jenis
ulir yang digunakan yaitu ulir persegi (square thread)
dengan jumlah ulir 5 dan 6 buah. Beban sambungan
ulir divariasikan 4, 5, 6, dan 7 kN. Bahan cap dan
tabung roket adalah Al 6063-T5 seperti pada
penelitian sebelumnya [1], [2]. Cap bertindak sebagai
ulir eksternal (male thread), sedangkan tabung roket
bertindak sebagai ulir internal (female thread).
Dalam beberapa penelitian, cap bertindak sebagai pin
thread, sedangkan tabung roket bertindak sebagai
box thread. [12][19].
Analisis sambungan ulir dilakukan dengan
bantuan perangkat lunak Ansys Workbench. Ansys
merupakan software tipe CAE yang banyak
digunakan untuk analisis di bidang penerbangan dan
antariksa, termasuk teknologi roket [20], [21], [30]
[35], [22][29]. Ansys sering digunakan untuk
mensimulasikan model komputer dari komponen
mesin untuk menganalisis kekuatan dalam menahan
beban di lingkungan kerjanya.
METODE
Bahan yang digunakan untuk cap and tabung
roket adalah Al 6063-T5. Keunggulannya antara lain
kekuatan luluh sedang, sifat mampu bentuk yang
baik, tahan korosi, dan massa jenis ringan. Tabel 1
menunjukkan sifat mekanik Al 6063-T5.
Tabel 1. Sifat mekanik Al 6063-T5.
Parameter
Material
Density
Yield strength
Tensile strength
Young modulus
Poisson’s ratio
Simulasi sambungan ulir antara cap dan
tabung roket dimodelkan menggunakan sumbu
simetris 2D. Model 2D axisymmetric memiliki
keunggulan khusus yaitu menghemat waktu
komputasi karena membutuhkan elemen yang lebih
sedikit dibandingkan model 3D sehingga proses
meshing lebih cepat. Selain itu, kesalahan
konvergensi akan berkurang sehingga akan diperoleh
hasil yang sangat akurat. Model ini juga menawarkan
solusi lengkap dibandingkan solusi dalam model 3D
yang hanya terlihat di permukaan.
Gambar 1 mengilustrasikan cap dan tabung
roket dalam bentuk 3 dimensi (3D) yang merupakan
obyek yang akan disambung. Simulasi model
menggunakan sumbu simetri 2D. Cap roket memiliki
diameter luar 32 mm dan panjang 20 mm. Tabung
roket memiliki diameter luar 32 mm, diameter dalam
29 mm, dan panjang 17 mm.
Kondisi batas berupa arah pembebanan dan
frictionless support ditunjukkan pada Gambar 2.
Tabel 2 menjelaskan detail parameter analisis elemen
hingga menggunakan Ansys. Koefisien gesekan cap
(Al 6063-T5) dan tabung roket (Al 6061-T5)
diasumsikan 0,3.
Journal of Mechanical Engineering, Vol. 5, No. 2, September 2021. P-ISSN: 2598-7380 e-ISSN: 2613-9847 | 74
Gambar 1. Geometri cap (kiri) dan tabung roket (kanan).
Gambar 2. Kondisi batas: arah pembebanan (kiri) dan frictionless support (kanan) dan dari sambungan ulir
persegi.
Gambar 3. Proses meshing sambungan ulir persegi.
Tabel 2. Parameter ulir persegi menggunakan Ansys Workbench
Ulir persegi (square thread)
2 mm
28 mm
26 mm
27 mm
5 dan 6 ulir
4, 5, 6, dan 7 kN
0,1 mm
99982
32900
Journal of Mechanical Engineering, Vol. 5, No. 2, September 2021. P-ISSN: 2598-7380 e-ISSN: 2613-9847 | 75
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil simulasi tegangan von Mises maksimum
pada sambungan ulir persegi dengan variasi beban 4
kN dan jumlah ulir 5 buah yaitu 95,77 MPa (Gambar
4). Nilai tegangan von Mises tersebut masih berada
di bawah kekuatan luluh material Al 6063-T5, yaitu
145 MPa. Hal ini berarti komponen masih aman saat
pembebanan dan komponen dapat kembali ke bentuk
semula karena masih di bawah kekuatan luluhnya
(yield strength).
Tegangan von Mises maksimum meningkat
seiring dengan peningkatan beban (Tabel 3). Hal ini
berarti peningkatan beban berbanding lurus dengan
peningkatan tegangan von Mises maksimum.Namun,
tegangan von Mises maksimum berbanding terbalik
dengan jumlah ulir. Semakin banyak jumlah ulir,
tegangan von Mises maksimum semakin menurun
(Tabel 3). Tegangan von Mises maksimum terjadi
pada ulir pertama baik pada saat jumlah ulir 5
maupun jumlah ulir 6.
Gambar 4. Tegangan von Mises sambungan ulir
persegi dengan variasi jumlah ulir 5 buah dan beban
4 kN.
Tabel 3. Pengaruh variasi jumlah ulir dan beban
terhadap tegangan von Mises maksimum sambungan
ulir persegi.
Jumlah ulir
Beban
(kN)
Tegangan von Mises
maksimum (MPa)
5
4
95,77
5
5
119,72
5
6
143,66
5
7
167,60
6
4
91,18
6
5
113,97
6
6
136,77
6
7
159,56
Gambar 5 menunjukkan deformasi maksimum
pada sambungan ulir persegi dengan variasi beban 4
kN dan jumlah ulir 5 buah yaitu 0,0047 mm.
Deformasi maksimum berbanding lurus dengan
peningkatan beban dan berbanding terbalik dengan
jumlah ulir (Tabel 4).
Gambar 5. Deformasi sambungan ulir persegi
dengan variasi jumlah ulir 5 buah dan beban 4 kN.
Tabel 4. Pengaruh variasi jumlah ulir dan beban
terhadap deformasi maksimum sambungan ulir
persegi.
Jumlah ulir
Beban
(kN)
Deformasi
maksimum (mm)
5
4
0,0047
5
5
0,0059
5
6
0,0071
5
7
0,0083
6
4
0,0044
6
5
0,0055
6
6
0,0066
6
7
0,0077
Gambar 6 menjelaskan defofaktor keamanan
rmasi minimum pada sambungan ulir persegi dengan
variasi beban 4 kN dan jumlah ulir 5 buah yaitu 1,94.
Faktor keamanan pada simulasi ini berdasarkan
kekuatan tarik maksimum karena komponen roket
bersifat habis pakai dan tidak digunakan berulang-
ulang [36]. Faktor keamanan menurun dengan
bertambahnya beban dan berbanding terbalik dengan
kenaikan jumlah ulir (Tabel 3). Faktor keamanan
adalah rasio kekuatan Tarik maksimum material
terhadap tegangan von Mises maksimum. Oleh
karena itu, faktor keamanan berbanding terbalik
dengan tegangan von Mises maksimum. Semakin
tinggi tegangan von Mises maksimum, semakin
rendah faktor keamanan struktur atau komponen
tersebut.
Journal of Mechanical Engineering, Vol. 5, No. 2, September 2021. P-ISSN: 2598-7380 e-ISSN: 2613-9847 | 76
Gambar 6. Faktor keamanan sambungan ulir
persegi dengan variasi jumlah ulir 5 buah dan beban
4 kN.
Tabel 5. Pengaruh variasi jumlah ulir dan beban
terhadap faktor keamanan minimum sambungan ulir
persegi.
Jumlah ulir
Beban
(kN)
Faktor
keamanan
5
4
1,94
5
5
1,55
5
6
1,29
5
7
1,11
6
4
2,04
6
5
1,63
6
6
1,36
6
7
1,17
Hasil simulasi tegangan statis menunjukkan
bahwa sambungan ulir persegi mampu menahan
beban statis hingga 6 kN baik untuk jumlah ulir 5
maupun jumlah ulir 6 karena memiliki faktor
keamanan lebih dari 1,25 (Tabel 3). Faktor keamanan
minimum untuk suatu komponen dapat menahan
beban statis adalah 1,25-2,00 [37].
SIMPULAN
Hasil simulasi tegangan statis menunjukkan
semakin besar pembebanan, maka semakin tinggi
tegangan von Mises maksimum. Tegangan von Mises
maksimum menurun seiiring peningkatan jumlah
ulir. Sambungan ulir persegi dengan variasi jumlah
ulir 5 dan 6 dapat menahan beban statis hingga 6 kN
karena memiliki faktor keamanan lebih dari 1,25.
DAFTAR PUSTAKA
[1] L. A. N. Wibawa, U. S. Yudhotomo, Y.
Haryanto, and A. Kurniawan, “Pengaruh
Ketebalan Dinding dan Tekanan Internal
terhadap Faktor Keamanan Tabung Motor
Roket Dextrose Menggunakan Ansys
Workbench,” Media Mesin Maj. Tek. Mesin,
vol. 22, no. 2, pp. 7684, 2021.
[2] L. A. N. Wibawa, U. S. Yudhotomo, Y.
Haryanto, and R. L. Laksita, “Pengaruh
Panjang Tabung dan Radius Fillet Terhadap
Faktor Keamanan Tabung Motor Roket
Dextrose Menggunakan Ansys Workbench,”
Infotekmesin, vol. 12, no. 2, pp. 110114,
2021.
[3] B. Huseyin, S. Çoban, and A. Yapıcı,
“Designing, Modeling and Simulation of
Solid Fuel Rocket ALP-01,” Eur. J. Sci.
Technol., no. 15, pp. 511518, 2019.
[4] D. A. Singh, “Sugar Based Rocket
Propulsion System- Making, Analysis &
Limitations,” Int. J. Eng. Trends Appl., vol.
2, no. 5, pp. 3037, 2013.
[5] B. Aliyu, C. Osheku, E. Oyedeji, M. Adetoro,
A. Okon, and C. Idoko, “Validating a Novel
Theoretical Expression for Burn time and
Average Thrust in Solid Rocket Motor
Design,” Adv. Res., vol. 5, no. 4, pp. 111,
2015.
[6] G. O. Adeniyi, I. Nkere, L. M. Adetoro, and
O. S. Sholiyi, “Performance Analysis of a
Dual-Fuel Sugar Based Solid Rocket
Propellant,” Eur. J. Eng. Technol. Res., vol.
6, no. 2, pp. 3441, 2021.
[7] C. Américo, D. F. Moro, C. H. Marchi, and
F. Aguiar, “Development of a Ballistic
Evaluation Motor for Knsu Burn Rate
Measurements,” in 18th Brazilian Congress
of Thermal Sciences and Engineering, 2020,
vol. 2020.
[8] R. R. Salazar et al., “Design, construction
and experimental static testing of a solid
rocket motor,” Rev. UIS Ing., vol. 20, no. 2,
pp. 97108, 2021.
[9] L. A. N. Wibawa, K. Diharjo, W. W.
Raharjo, and B. H. Jihad, “Stress Analysis of
Thick-Walled Cylinder for Rocket Motor
Case under Internal Pressure,” J. Adv. Res.
Fluid Mech. Therm. Sci., vol. 70, no. 2, pp.
106115, 2020.
[10] L. A. N. Wibawa, K. Diharjo, W. Raharjo,
and B. H. Jihad, “The Effect of Fillet Radius
and Length of The Thick-Walled Cylinder on
Von Mises Stress and Safety Factor for
Rocket Motor Case,” AIP Conf. Proc., vol.
2296, no. 1, 2020.
[11] L. A. N. Wibawa, K. Diharjo, W. W.
Raharjo, Z. Arifin, D. Ariawan, and B. H.
Jihad, “Effect of Overlap Length and Surface
Roughness on Adhesive Joint Strength of
Composite Rocket Motor Case (GFRP) and
Cap (Al 6061),” J. Phys. Conf. Ser., 2021.
[12] Y. Wang, C. Qian, L. Kong, Q. Zhou, and J.
Gong, “Design optimization for the thin-
walled joint thread of a coring tool used for
deep boreholes,” Appl. Sci., vol. 10, no. 8,
2020.
[13] Y. Wang, B. Xia, Z. Wang, and C. Chai,
“Model of a new joint thread for a drilling
tool and its stress analysis used in a slim
Journal of Mechanical Engineering, Vol. 5, No. 2, September 2021. P-ISSN: 2598-7380 e-ISSN: 2613-9847 | 77
borehole,” Mech. Sci., vol. 7, no. 2, pp. 189
200, 2016.
[14] C. Shi, L. Tan, X. Zhu, K. Chen, and F.
Cheng, “Fracture Failure analysis and
research on Solid expandable tubular with
joint thread,” Eng. Fail. Anal., vol. 129, no.
July, p. 105658, 2021.
[15] J. Zheng and J. Yang, “Random fatigue
analysis of drill-pipe threaded connection,”
Int. J. Mater. Struct. Integr., vol. 10, no. 1,
pp. 3451, 2016.
[16] R. R. Porcaro, L. C. Cândido, V. B. Trindade,
G. L. De Faria, and L. B. Godefroid,
“Evaluation of standard API casing
connections and parametric API Buttress
improvement by finite element analysis,”
Mater. Res., vol. 20, no. 1, pp. 130137,
2017.
[17] S. Xu, C. Wang, S. Wang, L. Zhang, X. Li,
and H. Zhang, “Experimental study of
mechanical properties and residual stresses
of expandable tubulars with a thread joint,”
Thin-Walled Struct., vol. 115, no. February,
pp. 247254, 2017.
[18] L. Dong, X. Zhu, and D. Yang, “Study on
mechanical behaviors of double shoulder
drill pipe joint thread,” Petroleum, vol. 5, no.
1, pp. 102112, 2019.
[19] A. R. Shahani and S. M. H. Sharifi, “Contact
stress analysis and calculation of stress
concentration factors at the tool joint of a drill
pipe,” Mater. Des., vol. 30, no. 9, pp. 3615
3621, 2009.
[20] V. Ramanjaneyulu, V. Balakrishna Murthy,
R. Chandra Mohan, and C. Naga Raju,
“Analysis of Composite Rocket Motor Case
using Finite Element Method,” Mater. Today
Proc., vol. 5, no. 2, pp. 49204929, 2018.
[21] Z. Wang, Q. Han, D. H. Nash, H. Fan, and L.
Xia, “Thermal buckling of cylindrical shell
with temperature-dependent material
properties: Conventional theoretical solution
and new numerical method,” Mech. Res.
Commun., vol. 92, pp. 7480, 2018.
[22] A. K. Asraff, S. Sunil, R. Muthukumar, and
T. J. Ramanathan, “Stress analysis & life
prediction of a cryogenic rocket engine thrust
chamber considering low cycle fatigue, creep
and thermal ratchetting,” Trans. Indian Inst.
Met., vol. 63, no. 23, pp. 601606, 2010.
[23] R. Harikrishnan and B. R. Lokavarapu,
“Design and analysis of rocket nozzle,”
Mater. Today Proc., vol. 38, pp. 33653371,
2020.
[24] L. A. N. Wibawa, “Effect of Fillet Radius of
UAV Main Landing Gear on Static Stress
and Fatigue Life using Finite Element
Method,” J. Phys. Conf. Ser., vol. 1811, no.
1, 2021.
[25] A. K. Asraff, R. Aparna, D. Kumaresan, and
R. Muthukumar, “Comparison of creep
properties of four copper alloys and creep
based stress analysis of a rocket engine
combustion chamber,” Procedia Eng., vol.
55, pp. 4550, 2013.
[26] M. A. Degtyarev and K. V. Avramov,
“Numerical Simulation of the Stress-Strain
State of the Rocket Retention Module,”
Strength Mater., vol. 51, no. 5, pp. 707714,
2019.
[27] B. Ropia, H. K. Shekhar, and D. G. Thakur,
“Study of Initial Pressure Rise in Multi Grain
Solid Propellant Rocket Motor,” Propellants,
Explos. Pyrotech., vol. 45, no. 5, pp. 741
750, 2020.
[28] P. Sai Teja, B. Sudhakar, A. D. Dhass, R.
Krishna, and M. Sreenivasan, “Numerical
and experimental analysis of hydroxyl-
terminated poly-butadiene solid rocket motor
by using ANSYS,” Mater. Today Proc., vol.
33, pp. 308314, 2020.
[29] L. A. N. Wibawa, “Effect of Bolt Hole Size
on Static Stress and Fatigue Life of UAV
Main Landing Gear Using Numerical
Simulation,” J. Phys. Conf. Ser., vol. 1811,
no. 1, 2021.
[30] A. Eswara Kumar, K. Somanadha Sastry, K.
Manideep, and M. Priyanka, “Dynamic
Analysis of Flex Seal of Solid Rocket Motor
Nozzle,” Mater. Today Proc., vol. 4, no. 2,
pp. 15901597, 2017.
[31] X. Guo, J. T. Zhang, M. Zhang, L. S. Liu, P.
C. Zhai, and Q. J. Zhang, “Effects of liner
properties on the stress and strain along
liner/propellant interface in solid rocket
motor,” Aerosp. Sci. Technol., vol. 58, pp.
594600, 2016.
[32] A. K. Asraff, S. Sheela, A. Paul, A. Mathew,
and S. Savithri, “Cyclic Stress Analysis of a
Rocket Engine Thrust Chamber Using
Chaboche, Voce and Creep Constitutive
Models,” Trans. Indian Inst. Met., vol. 69,
no. 2, pp. 495500, 2016.
[33] L. A. N. Wibawa and Tuswan, “Lightweight
Optimization Design of Thin-Walled
Cylindrical Rocket Motor Tube Using FEA,”
AIP Conf. Proc., 2022.
[34] A. Eswara Kumar, V. Balakrishna Murthy,
and R. Chandra Mohan, “Effect of Shim
Percentage on Non-Linear Static Behavior of
Flex Seal of Rocket Nozzle,” Mater. Today
Proc., vol. 2, no. 45, pp. 14271434, 2015.
[35] A. Eswara Kumar, V. Balakrishna Murthy,
R. Chandra Mohan, and D. Prakash, “Study
of Non-Linear Static Behavior of Flex Seal
of Rocket Nozzle byt Varying Number of
Shims,” Mater. Today Proc., vol. 2, no. 45,
pp. 16131621, 2015.
[36] L. A. N. Wibawa, K. Diharjo, W. W.
Raharjo, and B. H. Jihad, “Pengaruh
Journal of Mechanical Engineering, Vol. 5, No. 2, September 2021. P-ISSN: 2598-7380 e-ISSN: 2613-9847 | 78
Ketebalan Cap dan Tekanan Internal
terhadap Tegangan Von Mises Silinder
Berdinding Tebal untuk Tabung Motor
Roket,” Teknik, vol. 41, no. 2, pp. 111118,
2020.
[37] V. Dobrovolsky and K. Zablonsky, Machine
elements : a textbook. Moscow: Peace
Publisher, 1978.
ResearchGate has not been able to resolve any citations for this publication.
Article
Full-text available
The rocket motor tube is the main component of the Dextrose rocket. This paper aims to investigate the effect of tube length and fillet radius on the safety factor of a dextrose rocket motor tube using Ansys Workbench. The Dextrose rocket tube uses Al 6063-T5 material with an outer diameter of 32 mm, a wall thickness of 3 mm, and internal pressure of 5 MPa. The rocket motor tube length is varied by 200, 250, 300, and 350 mm. The fillet radius uses variations of 3, 4, and 5 mm. The analysis was carried out using the finite element method with the help of Ansys Workbench. The simulation results show that the safety factor does not have a significant effect on changes in the length of the rocket tube. The safety factor increases as the fillet radius increases.
Article
Full-text available
One of the important components in the Dextrose rocket is the rocket motor tube. This study aims to design a Dextrose rocket motor tube that can withstand an internal pressure of 5 MPa. In this study, the design of the Dextrose rocket tube used a thick-walled cylinder with an outer diameter of 32 mm, a fillet radius of 2 mm, and a length of 200 mm. The variations in wall thickness used were 2 mm, 2.5 mm, and 3 mm. Internal pressure varies from 1, 2, 3, 4, and 5 MPa. The material used in this research is Aluminum 6063-T5. Static stress analysis was carried out with the help of Ansys Workbench software. Ansys simulation results show that the rocket motor tube with a thickness of 3 mm can withstand internal pressures of up to 5 MPa because it has a safety factor of more than 2, namely 2.58. The comparison of the maximum longitudinal and hoop stress values between the Ansys Workbench simulation and analytical calculations was used to validate the research results. The percentage of error between Ansys Workbench simulation and analytical calculations is less than 0.5 percent.
Article
Full-text available
Currently, the use of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) or Drone for various applications in science and engineering has increased significantly. One of the essential components of a UAV aircraft is the landing gear which plays an important role during take-off and landing. The paper research the effect of the bolt hole size on the static stress and fatigue life of main landing gear in the UAV aircraft using numerical simulation with Ansys Workbench. The bolt hole size varies 8, 9, 10, 11, and 12 mm. Gerber mean stress theory with a full-reserved type of loading is used to predict the fatigue life. The static stress simulation results show that the higher the bolt hole size, the higher the von Mises stress of the main landing gear frame. The fatigue life analysis shows that the higher the bolt hole size, the lower the fatigue life of the main landing gear frame. The main landing gear frame fails to achieve a minimum fatigue life of 1 million cycles at a 12 mm bolt hole size.
Article
Full-text available
The landing gear is one crucial component in the UAV aircraft structure because it serves as the main supporting component of aircraft load when landing and take-off. This study aims to determine the effect of the fillet radius on static stress and fatigue life of the main landing gear for UAV aircraft. Static stress and fatigue life analysis using the finite element method with Ansys Workbench software. The fillet radius is varied 120, 130, 140, and 150 mm. Predictions for fatigue life use the Gerber mean stress theory with a full-reserved type of loading. Landing gear material uses Aluminium alloy 6061. The static stress analysis shows that the higher the fillet radius, the higher the von Mises stress of the main landing gear frame. The fatigue life analysis shows that the higher the fillet radius, the lower the fatigue life of the main landing gear frame. The main landing gear frame achieves the highest fatigue life of up to 3.90 x 107 cycles at a fillet radius of 120 mm.
Article
Full-text available
Makalah ini meneliti tegangan von Mises yang terjadi dalam silinder berdinding tebal untuk tabung motor roket karena pengaruh ketebalan cap dan tekanan internal. Dimensi panjang silinder adalah 300 mm dan memiliki diameter luar 122 mm dan ketebalan dinding 8 mm. Ketebalan cap divariasikan 10, 15, 20, dan 25 mm dengan tekanan internal 4, 6, 8, 10, dan 12 MPa. Analisis tegangan menggunakan metode elemen hingga dengan perangkat lunak ANSYS untuk pemilihan tabung motor roket. Perbandingan nilai tegangan hoop dan longitudinal antara perhitungan analitik dan simulasi digunakan untuk proses validasi. Hasil simulasi menunjukkan bahwa ketika ketebalan cap meningkat, tegangan Von Mises berkurang. Aluminium 6061 dan CFRP memiliki faktor keamanan lebih tinggi dari 1,25 untuk semua ketebalan cap dan variasi tekanan internal. GFRP memiliki faktor keamanan lebih tinggi dari 1,25 untuk semua variasi tekanan internal ketika ketebalan cap 20 dan 25 mm.
Article
The effects of dual-fuel on improving the ballistic efficiency of a low energy sugar-based solid rocket propellant were investigated in this paper. This was achieved by establishing a threshold proportion of sucrose to sorbitol that provided the highest ballistic efficiency, using a beam load cell (model single-point 2,000 kg linearly defined by 0-20 kN force, with ±.005 percent precision). Seven different propellant formulations were prepared, loaded into the rocket motor and tested for performance. The major performance parameters of interest were the thrust, total impulse, burn time, delivered specific impulse, delivered characteristic velocity, and the chamber pressure. The formulations tested were potassium nitrate–sucrose propellant (65% KNO3 and 35% sucrose (C12H22O11)) (KNSU); potassium nitrate-sorbitol propellant (65% KNO3 and 35% sorbitol (C6H14O6)) (KNSB); modified potassium nitrate-sucrose propellant (65% KNO3, 32% sucrose (C12H22O11)), and 3% carbon (C) (MODKNSU); potassium nitrate-sucrose-sorbitol propellant (65% KNO3, 25% sucrose (C12H22O11)), and 10% sorbitol (C6H14O6) (KNERK); potassium nitrate-sucrose-sorbitol-carbon propellant (65% KNO3, 24% sucrose (C12H22O11), 10% sorbitol (C6H14O6), and 1% carbon (C)) (MODKNERK); and finally a propellant made from KNO3, sucrose (C12H22O11), sorbitol (C6H14O6), carbon (C) and iron II oxide(Fe2O3) combinations in 65, 30, 3, 1, 1% proportion respectively. The novel result obtained from these experiments was applied to boost the performance of a KNSB rocket propellant motor during a rocket launch experiment. Both static and dynamic rocket motor internal ballistic parameters were then compared. The measured delivered motor average thrust and the effective propellant burn times were recorded as: (164.15N, 3.97s); (102.95N, 6.53s); (65.66N, 9.38s); (79.09N, 3.77s); (243.98N, 3.77s) and (92.6N, 5.89s) respectively. The MODKNERK, was established to produce a most efficient motor and with the full delivery of its ballistic energy. It was also established, that the ballistic and rocket motor efficiency of a lower energy rocket motor can be improved by starting the ignition of such motor with fast burning dual-fuel rocket propellant (MODKNERK).
Article
Fracture failure occurred in solid expandable tubular with thread joint during bulging experiment. The mechanical properties and microstructure of fracture shell were investigated by scanning electron microscopy and tensile test. Tensile tests show that the plastic deformation capacity and strength of box thread joint material (AISI 316L) are better than that of pin thread joint material (SAE 1020). Dimples and cleavage facets can be observed in the fracture surface. The finite element analysis shows that the threaded joints carry great compressive stress in the axial and annular directions during the solid expandable tubular bulging. The irregular deformation of the threaded joints during bulging leads to stress concentration at the thread root. There is a great risk of cracking in the case of insufficient strength thread material, and finally leads to the fracture of the joint thread.
Article
This paper is about the design and analysis of two different rocket nozzle configurations. First configuration is without any fillets and curved surfaces and second configuration is with fillets and curved surfaces. Second configuration is used since stress concentration will be more at the corners if we don’t have an optimized geometry having suitable fillets at appropriate places. Radiuses of fillets are chosen by previous studies conducted by academicians and design scientists for optimized configurations which give less overall induced stress values and hence more life. Initial configuration and Optimized configuration were drawn in ANSYS Mechanical APDL 14.5 and coupled element Quad 8 node 223 was selected for analysis. Material selected was Ti6Al4V (Grade 5). Quadrilateral mapped meshing was done and suitable boundary conditions were applied with the help of AXIMER 1.0 software. Different plots were obtained for Degrees of Freedom solution, Stress, Thermal Flux, Thermal Gradient and Total Thermal and Mechanical Strains for the two configurations. The degrees of freedom solution is calculated for all active degrees of freedom in the model, which are determined by the union of all degrees of freedom labels associated with all the active element types. It can be controlled and in this case, it would give the total number of degrees of freedom in every element of the model. Compared the two configurations and explained why the second configuration is better than the first.