laporan praktikum uji fatigue
Post on 19-Jun-2015
1.644 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Laporan Praktikum
Laboratorium Teknik Material 1
Modul E Uji Lelah
Oleh :
Nama : Suselo Suluhito
NIM : 13108095
Kelompok : 9
Anggota (NIM) : Jonathan RMS (13108057)
Isra Hadi (13108059)
Alfian Sulthoni (13108061)
Andi Mochammad AIM (13108067)
Edo Prawiratama (13108074)
Tony Kosasih (13108094)
Suselo Suluhito (13108095)
Tanggal Praktikum : 20 April 2010
Nama Asisten (NIM) : Jati Raharja (137060)
Tanggal Pengesahan : 25 April 2010
Laboratorium Metalurgi
Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara
Institut Teknologi Bandung
2010
BAB I
PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG
Kegagalan suatu material selama ini kebanyakan disebabkan oleh bebandinamik. Pembebanan dinamik adalah suatu pembebanan dengan melibatkantegangan aksial ( tarik – tekan ), fleksural ( bending ) dan torsional ( puntiran )yang berfluktuasi. Meskipun tegangan yang diterima oleh material lebih rendah dariharga tegangan luluhnya, kegagalan dapat saja terjadi suatu saat. Kegagalan yangdisebabkan oleh beban dinamik ini disebut dengan Fatigue Failures.
TUJUAN PRAKTIKUM
1. Mengetahui perilaku material oleh beban dinamik2. Mengetahui metode untuk menentukan kekuatan lelah serta batas lelah suatu
material.3. Memahami mekanisme dan bentuk patahan suatu material akibat Fatigue
failure.
BAB II
DASAR TEORI
Kegunaan utama Uji Fatigue adalah menentukan umur suatu material.
Sehingga dapat ditentukan kira - kira waktu dari terjadinya kegagalan pada suatu
material.
Apabila suatu material diberi beban dinamik secara terus-menerus akan terjadi
tegangan yang berubah-ubah di dalam material tersebut. Tegangan yang berubah-ubah
ini dapat menyebabkan material mencapai batas lelahnya, sehingga material menjadi
patah. Walaupun tegangan yang bekerja berada di bawah kekuatan luluhnya.
Batas lelah (fatigue limit) merupakan batas suatu spesimen untuk menerima
tegangan bolak-balik secara terus-menerus tanpa terjadi patah. Kekuatan lelah adalah
suatu tingkat tegangan yang menentukan besarnya tegangan yang mampu diterima
oleh material untuk sejumlah putaran tertentu. Batas lelah atau kekuatan lelah material
bergantung pada beberapa faktor antara lain :
a. Ukuran komponen
Batas lelah benda uji yang kecil lebih tinggi dibandingkan kekuatan lelah
benda uji yang besar. Hal ini disebabkan karena pada volume / luas penampang
yang lebih luas, semakin besar kemungkinan terjadinya awal retakan karena
biasanya kegagalan lelah mulai terjadi pada permukaan.
b. Konsentrasi tegangan
Daerah-daerah seperti sudut yang tajam/takik yang merupakan tempat
konsentrasi tegangan akan menurunkan batas lelah, karena biasanya daerah pusat
tegangan inilah yang menjadi awal retakan.
c. Kekasaran permukaan dan proses pengerjaan
Pada dasarnya kegagalan lelah mulai terjadi pada permukaan bahan. Oleh
karena itu, sifat-sifat lelah sangat peka terhadap permukaan bahan. Permukaan
yang kasar akan menghasilkan harga batas lelah yang lebih rendah dibandingkan
permukaan yang kasar.
d. Tegangan sisa
Adanya tegangan sisa akan menurunkan batas lelah material karena
pada daerah tegangan sisa, terpusat (terkonsentrasi) tegangan yang dapat
mengakibatkan awal retakan.
Kegagalan lelah adalah hal yang sangat berbahaya, karena terjadi tanpa
petunjuk awal. Kelelahan mengakibatkan patahan yang terlihat rapuh tanpa deformasi
pada patahan tersebut.
Faktor-faktor utama yang menyebabkan terjadinya kegagalan lelah :
a. tegangan tarik maksimum yang cukup tinggi
b. variasi atau fluktuasi tegangan yang cukup besar
c. siklus penerapan yang cukup lama
Bentuk penampang patahan akibat akibat pembebanan dinamik dapat dicirikan
oleh adanya :
a. Retakan awal (crack initiation)
b. Daerah rambatan retak (crack growth)
c. Daerah beban berlebih (overloaded area)
Awal retakan biasanya terjadi pada bagian dimana terdapat konsentrasi
tegangan (seperti sudut yang tajam atau takik). Seringkali perkembangan retakan
ditandai dengan oleh sejumlah cincin atau ‘garis pantai’ (beach mark), bergerak ke
dalam dari titik dimana kegagalan mulai terjadi. Ketika daerah retakan sudah sangat
besar, sehingga bagian yang belum retak tidak dapat lagi menahan perkembangan
retakan, maka langsung terjadi patah.
Manfaat uji lelah antara lain :
mencegah ataupun memperlambat kerusakan pada material
mengetahui batas lelah atau tahanan suatu material
mengetahui kelakuan material bila menerima beban dinamik
Metode dasar dalam penyajian data kelelahan adalah dengan menggunakan
kurva S-N yaitu dengan memplot data tegangan (S) tehadap jumlah siklus hingga
terjadi kegagalan (N). Pada umumnya kurva S-N berkaitan dengan kegagalan lelah
pada jumlah siklus yang besar (N>105 siklus).
Berdasarkan Kurva S-N diatas kita mendapatkan persamaan-persamaan sebagai
berikut:
Range of Stress:= − (1)
Alternating Stress:= = (2)
Mean Stress:= (3)
Stress Ratio:= (4)
Amplitude Ratio:= = (5)
Kurva S-N untuk material baja membentuk garis horisontal pada suatu beban
tegangan tertentu. Dibawah tegangan ini, secara teoritis, baja mampu menerima beban
lelah secara terus-menerus tanpa terjadi patah (batas lelah).
Sebagian besar logam bukan besi, seperti aluminium, magnesium, dan paduan
tembaga memiliki kurva S-N dengan gradien yang turun sedikit demi sedikit sejalan
dengan bertambahnya jumlah siklus (putaran). Bahan-bahan demikian tidak
mempunyai batas lelah karenanya kurva S-N tidak pernah menjadi horizontal.
Sebagai gantinya ditentukan suatu parameter yang disebut kekuatan lelah yaitu
besarnya tegangan yang mampu diterima oleh material untuk sejumlah putaran
tertentu.
Cara untuk menentukan kurva S-N adalah menguji benda uji pertama pada
tegangan tinggi, yang dimaksudkan agar benda uji menjadi patah. Kemudian,
tegangan uji diturunkan untuk benda uji berikutnya. Pengujian ini dilakukan berulang-
ulang hingga terdapat benda uji yang tidak rusak pada siklus pembebanan tertentu.
Tegangan tertinggi pada saat tidak terjadi kegagalan dianggap sebagai batas lelah.
Kekuatan lelah akan banyak berkurang bila terdapat hal-hal yang dapat
mempertinggi tegangan, seperti takik atau lubang. Retakan lelah pada bagian-bagian
struktur biasanya berawal dari titik-titik yang memiliki tegangan tertinggi. Salah satu
cara mengatasinya adalah dengan mengurangi ketidaksamaan geometris tersebut
melalui proses pemesinan yang baik.
Faktor reduksi kekuatan fatigue merupakan perbandingan batas lelah benda uji
bertakik dengan benda uji tak bertakik. Nilai Kf ini dipengaruhi oleh ketajaman
Number of cycle to failure
E
106
Stress
Fatigue limit
Fatigue strength
bentuk takik, jenis takik, jenis bahan, jenis pembebanan, dan level tegangan.
Kegunaannya adalah untuk menggambarkan efektivitas takik dalam menurunkan
batas lelah.
Industri yang sering menggunakan hasil pengujian lelah antara lain industri
pesawat terbang, otomotif, dan furnitur. Industri yang juga sering menggunakan hasil
pengujian lelah ini adalah industri yang berkaitan dengan bejana tekan, reaktor nuklir,
turbin uap, atau mesin pembangkit daya.
BAB III
PENGOLAHAN DATA
Dari asisten didapat data sebagai berikut:
no σ max (Mpa)σ min(Mpa)
1 200 -1002 150 603 250 -1004 150 255 150 -506 200 -1257 100 75
Lalu dengan menggunakan persamaan (1), persamaan (2), persamaan (3), persamaan (4), danpersamaan (5) kita mendapatkan nilai-nilai sebagai berikut:
no σ max (MPa)σ min(MPa)
σ m
(MPa)σ r
(MPa)σ a
(MPa) R A1 200 -100 50 300 150 -0.5 32 150 60 105 90 45 0.4 0.4285713 250 -100 75 350 175 -0.4 2.3333334 150 25 87.5 125 62.5 0.166667 0.7142865 150 -50 50 200 100 -0.33333 26 200 -125 37.5 325 162.5 -0.625 4.3333337 100 75 87.5 25 12.5 0.75 0.142857
Dari literatur didapat bahwa nilai σ UTS = 310 MPa dan nilai σ yield = 285 MPa
Lalu dari data yang telah diperoleh, kita dapat membuat kurva Goodman sebagai berikut:
-200
-100
0
100
200
300
400
0 50 100 150 200 250 300 350
σa
(MPa
)
σ m (MPa)
Kurva Goodman
Series1
Series2
Series3
Series4
Series5
data 2 (aman)
Data 3 (patah)
Data 6 (patah)
Data 1 (patah)
Data 4 (aman)
Data 7 (aman)
Data 5 (aman)
Linear (data 2 (aman))
BAB IV
ANALISIS DATA
Dari pengolahan data diatas didapat bahwa σ max, σ min, σ alternating, σ range, σmean, R,dan A mempunyai keterkaitan untuk menentukan apakah specimen tersebut berada pada batasaman atau tidak ketika diberi beban berulang dalam pengetesan uji fatigue.
Pada pengolahan data diatas didapat pada data 2, data 4, data 5, dan data 7 berada padabatas aman kurva Goodman sehingga specimen tersebut tidak akan patah ketika diberi bebanberulang. Sedangkan pada data 1, data 3, dan data 6 melebihi batas aman kurva Goodman sehinggaspecimen tersebut akan patah ketika diberi beban berulang pada batas siklus tertentu.
Untuk membuat kurva Goodman kita harus mengetahui σ ultimate dan σ yieldnya terlebihdahulu. Dari literature, didapatkan σ ultimate adalah sebesar 310 MPa dan σ yield adalah sebesar285 MPa.
Pada praktikum ini, praktikan tidak ditunjukkan oleh asisten bentuk logam hasil patahan olehuji fatigue sehingga praktikan tidak dapat menganalasis bentuk daerah retakan awal, rambatanretak, dan beban berlebih.
BAB V
KESIMPULAN & SARAN
A. Kesimpulan
1. Uji fatigue digunakan untuk mengetahui kapan material gagal oleh adanya beban dinamis.
2. Kegagalan material dalam uji fatigue dibagi menjadi 3 fase, yaitu awal retakan (crack
initiation), penjalahan retakan (crack propagation), dan saat material patah (final failure).
3. Pada specimen 2, specimen 4, specimen 5, dan spesimen 7 didapat pada batas aman kurva
Goodman sehingga specimen tidak akan patah.
4. Pada specimen 1, specimen 3, dan specimen 6 didapat diluar batas aman pada kurva
Goodman sehingga dapat dipastikan specimen tersebut patah oleh uji fatigue.
B. Saran
Pada praktikum selanjutnya, disarankan untuk memperlihatkan contoh spesimen
yang patah dalam uji fatigue pada praktikan, agar praktikan dapat mengetahui seperti apa
patahan karena uji fatigue. Sehingga walaupun praktikan tidak melakukan pengujian tetapi
tetap dapat membayangkan sedikit praktikum yang seharusnya dilakukan.
Selain itu, hendaknya asisten memberikan sedikit penjelasan mengenai percobaan
fatigue sehingga praktikan mengerti gambaran uji fatigue tersebut.
BAB VI
DAFTAR PUSTAKA
Callister, William D. “Materials and Science Engineering: an Introduction”, 6th edition. John Wiley &Sons, Inc. 2003.
Dieter, George E. “Mechanical Metallurgy”. McGraw Hill Book Co. 1988.
Popov, E.P. “Mekanika Teknik”, edisi kedua. Penerbit Erlangga, 1996
top related