1. Pendahuluan
Sudah menjadi pengetahuan umum bahwa pihak militer adalah salah satu
pengguna teknologi paling canggih di dunia. Banyak terobosan revolusioner yang
diawali dari penelitian untuk keperluan dunia militer, sebutlah misalnya
teknologi nuklir dan internet. Kedua teknologi ini pada awalnya dikembangkan
secara terstruktur dan massif untuk memenuhi kebutuhan militer, namun seiring
dengan perkembangan zaman, akhirnya lebih banyak digunakan untuk keperluan
masyarakat umum.
Teknologi nuklir dalam bentuknya yang sekarang, secara sistematis
pertamakali dikembangkan oleh pihak Amerika dengan program nasional yang secara
populer dikenal sebagai
Manhattan Project.
Berlangsung selama tahun
1942-1946, proyek ini sukses mewujudkan senjata pemusnah massal paling
mengerikan dalam sejarah manusia yang dicobakan di Hiroshima dan Nagasaki pada
akhir PD II. Waktu berjalan, teknologi nuklir kemudian banyak digunakan untuk
keperluan sipil seperti pembangkit tenaga listrik dan pertanian sejak tahun
1960-an. Dewasa ini teknologi nuklir menjadi salah satu teknologi yang paling
banyak diburu oleh banyak negara, baik untuk keperluan sipil maupun militer.
Teknologi internet juga memilki keterkaitan yang kuat dengan pihak militer.
Pada tahun 1970-an, untuk memenuhi kebutuhan network militer Amerika yang aman,
di Pentagon diluncurkan program ARPANET
(Advanced Research Projects Agency
Network). Pada awalnya koneksi antar komouter hanya berupa sistem
local
area network (LAN) sederhana. Komunikasi satu computer dengna computer lain
pada saat itu berjalan di layar hitam, lewat konsol program yang antara lain
bernama
telnet. Setelah teknologi paket TCP/IP dikembangkan terjadilah
lompatan-lompatan besar, dan ketika
browser kemudian
diperkenalkan,pemakaian internet meledak dan menandai era baru yang kita kenal
dengan era teknologi informasi yang mendunia. Dewasa ini, hampir seluruh dunia
bergantung pada internet dan di banyak negara sulit membayangkan bagaimana
kehidupan manusia modern tanpa internet.
Masih banyak lagi contoh alat canggih yang ditelurkan oleh penelitian di
dunia militer, antara lain robot sebesar serangga yang digunakan untuk
keperluan mata-mata, atau alat penyadap percakapan sebesar kancing baju atau
bahkan lebih kecil. Mengapa penelitian di
litbang militer negara maju
bisa menghasilkan teknologi demikian canggih? Salah satu jawabannya adalah,
dukungan penuh pemerintah dalam bentuk kebijakan dan dana yang melimpah.
2. Pengantar Penerapan Teknologi Simulasi
Dalam tulisan kali ini saya ingin memperkenalkan bagaimana dunia militer
memakai secara maksimal teknologi simulasi untuk menghasilkan peralatan perang
yang lebih baik daripada generasi sebelumnya. Saya mengambil contoh penerapan
Finite
Element Analysis (FEA) dengan menggunakan software komersial LS-DYNA untuk
menganalisa kekuatan bahan perisai baja terhadap hantaman peluru senapan
otomatis. Inti dari FEA ini adalah sebuah metode perhitungan yang disebut
dengan
Finite Element Method (FEM), dalam bahasa Indonesia kita sebut
dengan metode elemen hingga.
FEM adalah sebuah istilah untuk teknik kalkulasi numerik yang sangat
praktis dan mudah diterapkan untuk berbagai masalah-masalah rekayasa. Prinsip
FEM adalah penghitungan fenomena fisika kompleks yang disederhanakan dengan
cara membagi-bagi sebuah obyek menjadi banyak elemen, lalu satu-persatu elemen
tersebut dicari penyelesaiannya, dan akhirnya semua penyelesaian tersebut
digabung untuk mendapatkan penyelesaian secara keseluruhan
(1).
Istilah FEA, pada prakteknya dimaksudkan sebagai metode analisa menggunakan FEM
sehingga fenomena sebenarnya dapat disimulasikan di layar computer. Pada
awalnya FEA hanya diterapkan oleh industri-industri besar seperti industri
pesawat terbang, kapal laut, atau mobil. Seiring dengan makin terjangkaunya
harga komputer berkemampuan tinggi, dewasa ini FEA telah dipakai secara luas
oleh industri kecil dan menengah di negara-negara maju seperti Amerika, Jepang
dan Eropa. Dalam sepuluh tahun terakhir FEA juga sudah diterapkan secara
besar-besaran di Cina dan India.
Keuntungan menerapkan simulasi dalam proses rekayasa produk (dikenal dengan
istilah
CAE,
Computer Aided Engineering) jelas, anda tidak perlu
membuat cetak biru di tahap awal, cukup membuat disain yang detail. Langkah
selanjutnya adalah melakukan berbagai eksperimen secara virtual terhadap disain
tersebut. Selain waktu pengembangan produk yang bisa diperpendek, jenis
eksperimen bisa lebih banyak. Gampangnya seperti ini, sebuah rumah kotak hitam
bisa diuji kekuatannya apakah tetap berfungsi baik bila tenggelam di laut
dengan kedalaman ribuan meter, tanpa harus membuat alat uji dengan tekanan
ribuan atmosfer. Dengan penerapan simulasi yang benar, jumlah uji fisik yang
sebenarnya dapat dikurangi secara signifikan dan hanya perlu dilakukan pada
tahap akhir pembuatan cetak biru saja. Tetapi, ada syarat agar dapat melakukan
uji virtual dengan benar yaitu, pemakai FEA/CAE harus mengerti dengan baik
fenomena fisika yang dianalisanya. Tanpa pemahaman mendasar yang cukup untuk
masalah yang dianalisa, hasil FEA/CAE hanya akan membawa kepada kesimpulan yang
salah, dan akibatnya bisa sangat fatal.
3. Sejarah LS-DYNA
Sebelum saya menampilkan contoh simulasi bagaimana sebuah peluru menembus
perisai baja, ada baiknya kita mengenal sedikit software yang digunakan, yaitu
LS-DYNA. LS-DYNA adalah sebuah software komersial yang berbasis FEA, software
ini banyak digunakan untuk melakukan analisa fenomena fisika dinamis seperti
benturan atau ledakan.
Cikal-bakal LS-DYNA adalah DYNA3D, yang dikembangkan oleh Dr.John Helmquist
saat bekerja di Lawrence Livermore National Laboratory, Los Alamos, Amerika
Serikat tahun 1970-an. Saat itu DYNA3D banyak digunakan untuk menghitung
ketahanan dinding tank terhadap rudal anti-tank atau ketahanan dinding bunker
terhadap ledakan bom. Setelah berhenti dari Livermore Laboratory, Dr.Helmquist
mendirikan Livermore Software Technology Corporation (LSTC) dan mengembangkan
lagi DYNA3D untuk tujuan yang lebih general yaitu memecahkan berbagai macam
fenomena fisika terutama yang berkaitan dengan kekuatan material dan struktur.
Pada tahun 1988 LS-DYNA 3D diluncurkan dan mendapat sambutan yang baik dari
para ahli struktur
(2). Setelah melalui berbagai penyempurnaan,
LS-DYNA sekarang ini menjadi salah satu software standar untuk menguji secara
virtual kekuatan material dan struktur, pada fenomena dinamis seperti tabrakan
mobil, kapal laut atau pesawat terbang.
4. Simulasi Peluru Menembus Perisai Baja
Saya akan menampilkan simulasi sebuah peluru yang dilontarkan dari laras M16
menghantam perisai yang terdiri dari dua lapis lembaran baja. Dimensi peluru
yang digunakan di sini mendekati ukuran-ukuran sebenarnya. Simulasi ini
mendemonstrasikan bagaimana FEA dapat memvisualisasikan proses peluru membentur
dan melubangi perisai baja yang memiliki karakteristik tertentu. Agar dapat
dipahami dengan mudah, saya menyertakan rincian proses simulasi beserta
hasilnya yang dapat dilihat di file
“bullet_strike.zip”.
Silakan menyimak detail simulasi di halaman ini. Perlu diingat bahwa simulasi
ini hanya untuk tujuan demonstrasi, sehingga banyak dari kondisi sebenarnya
yang disederhanakan. Misalnya tidak ada sudut tembak dan efek kenaikan suhu
yang diabaikan.
Dari hasil simulasi di atas dapat kita lihat bahwa peluru tidak dapat
menembus plat baja pertama untuk simulasi dengan kondisi 1. Pada kondisi 2,
peluru dapat menembus sempurna plat pertama dan melubangi plat kedua dengan
efek
spalling. Dan pada kondisi 3, ketika peluru diberi dengan kecepatan
rotasi sekitar 180,000 rpm, plat baja kedua terlubangi lebih besar.
Pada
prakteknya semua peluru pasti memiliki spin karena ada ulir yang dibuat pada
laras senapan dengan tujuan menstabilkan gerak peluru terhadap hambatan udara.
Dari hasil simulasi juga dapat kita lihat bagaimana pelat baja menjadi lubang,
dan peluru menjadi penyok.
Apakah yang ditampilkan di sini benar-benar sesuai dengan kenyataan? Ini
adalah pertanyaan yang hanya bisa dijawab ketika kita sudah melakukan
eksperimen dengan peluru dan plat baja sebenarnya. Salah satu tujuan dari simulasi
adalah memberikan gambaran umum sebuah fenomena. Dalam kasus ini,karena model
material yang digunakan adalah model material sangat sederhana dan hanya untuk
tujuan demonstrasi, kemungkinan besar hasilnya tidak sama dengan kenyataan
sebenarnya. Namun dari telaah awal hasil simulasi, mekanisme yang diperlihatkan
di layar komputer bisa dikategorikan “cukup logis”
(considerably logic).
Sampai di sini, biasanya langkah selanjutnya adalah verifikasi hasil
simulasi dengan hasil eksperimen. Bila hasil simulasi dan eksperimen cukup
mirip, yang berarti simulasi cukup valid, langkah berikutnya adalah mengubah
karakteristik material yang diuji dan mencoba berbagai kondisi peluru. Misalnya
menerapkan karakteristik baja campuran yang lebih bervariasi atau mengubah
sudut tembak peluru, besar dan kecepatannya.
5. Penutup
Demikian kita telah membahas sedikit tentang penerapan teknologi simulasi di
dunia militer yang dicontohkan dengan visualisasi proses peluru melubangi dua
lapis plat baja. Mengingat urgensi dan keuntungan yang dapat diraih dengan
menerapkan teknologi simulasi dalam proses manufaktur alat perang, penguasaan
teknologi ini menjadi mutlak bagi badan-badan penelitian dan pengembangan
(litbang) yang berada di lingkungan TNI dan POLRI, seperti divisi litbang
PT.PINDAD atau laboratorium-laboratorium lainnya.
Semoga uraian di atas ada manfaatnya bagi para pengunjung website TANDEF
umumnya dan penggiat militer khususnya. Kritik dan saran sangat diharapkan oleh
penulis. Terima kasih.
Comments
Post a Comment