Pengembangan Model Granular Dynamics Untuk Menyimulasikan Dinamika Partikel (Development Of Granular Dynamics Model To Simulate The Behaviour Of Granular Materials)

Abstract

Deposisi suatu material adalah proses penjatuhan partikel butiran secara beruntun, sehingga dimungkinkan partikel yang dijatuhkan terlebih dulu sudah stabil dan mengalami destabilisasi oleh partikel yang dijatuhkan belakangan. Dengan demikian dalam proses deposisi, gerak partikel mengalami transisi dari dinamik ke statik dan sebaliknya. Beberapa model telah dikembangkan guna menyimulasikan proses deposisi yang dikenal dengan simulasi granular dynamics. Sebagian dari model yang ada, yang membolehkan partikel sliding tanpa rolling, telah dapat mendeskripsikan proses deposisi dengan baik, termasuk pembentukan gundukan (heap formation). Demi penyederhanaan kalkulasi, umumnya simulasi tersebut menggunakan partikel berbentuk koin dan/atau bola. Permasalahannya, tanpa gaya rotasi, memungkinkan partikel stabil diatas partikel lainnya. Hal ini tentu tidak lazim. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan model gaya tumbukan yang lebih representatif untuk diterapkan pada partikel berbentuk koin dan/atau bola. Model yang diperoleh dilakukan verifikasi dengan hasil eksperimen, dan hasil verifikasi menunjukkan bahwa secara kualitatif kelakukan dinamik dengan menggunakan model tersebut mirip dengan eksperimen. Simulasi dengan menggunakan software yang telah dikembangkan dilaksanakan dengan memvariasikan karakteristik partikel, baik partikel yang berukuran seragam (monodisperse) maupun partikel yang ukurannya bervariasi (polydisperse); sistem yang digunakan bukan hanya sistem dimensi dua, melainkan juga sistem dimensi tiga. Dari berbagai macam simulasi diperoleh hasil bahwa pembentukan gundukan pada sistem monodisperse didominasi oleh longsor permukaan (surface avalanche), sedangkan untuk sistem polydisperse, disamping surface avalache, mekanisme pembentukan gundukan juga ditentukan oleh pergerakan partikel yang berukuran kecil masuk di celah-celah partikel yang berukuran besar. Umumnya gundukan pada sistem polydisperse lebih pendek dibandingkan dengan gundukan sistem monodisperse. Gundukan sistem monodisperse mempunyai bentuk yang teratur sehingga jaringan gayanya didominasi oleh pola yang berbentuk diamond.

Kata Kunci : rotasi, partikel berukuran sama, partikel dengan variasi usuran, longsor permukaan, jeringan gaya