jj310 strength of material unit 1

DAYA – DAYA PADA BAHAN J3009/ 1/ 1

DAYA-DAYA PADA BAHAN

Objektif am : Mempelajari dan memahami tentang daya-daya pada bahan

Objektif Khusus : Di akhir unit ini, pelajar akan dapat :-

mengenali simbol-simbol lazim

mengenalpasti jenis-jenis daya

membezakan antara tegasan dan terikan

menyelesaikan masalah berkaitan dengan tegasan.

UNIT 1

OBJEKTIF


1.0 PENGENALAN

Kajidaya bahan ialah kajian pepejal yang mengalami bebanan dan bertujuan untuk menerangkan sifat-sifat pepejal semasa dikenakan bebanan tersebut. Pengetahuan mengenai sifat-sifat seperti kekuatan, kekukuhan, pesongan dan sebagainya sangat berguna dalam merekabentuk komponen seperti tiang, aci, rasuk, pegas, bolt, tangki dan lain-lain.

1.1 SIMBOL – SIMBOL LAZIM

Sebelum memasuki unit ini, sepatutnya kita perlu tahu tentang simbol-simbol yang biasa digunakan. Simbol-simbol lazim (Jadual 1.1) ini juga akan digunakan dalam unit-unit seterusnya.

Jadual 1.1 Simbol-simbol lazim

SIMBOL KETERANGAN

A

D

ΔD

E

F

G

L

U

ΔL

(Epsilon)

(phi)

(rho)

(sigma)

(tau)

(nu)

Luas keratan rentas

Diameter asal

Perubahan diameter

Modulus Young atau Modulus Keanjalan

Daya

Modulus Ketegaran

Panjang asal

Tenaga terikan

Perubahan panjang

Terikan terus

Terikan ricih

Ketumpatan

Tegasan terus

Tegasan ricih

Nisbah Poisson


1.2 JENIS-JENIS BEBAN DAN KESANNYA

Beban ialah daya yang bertindak ke atas sesuatu bahan.

Beban boleh dikategorikan kepada beban statik, beban dinamik, beban hentaman dan beban lesu serta beban ulang alik.

i) Beban Statik

Beban jenis ini merupakan beban yang tidak berubah. Contohnya sebuah bangunan. Kawasan dimana bangunan tersebut didirikan terpaksa menanggung beban yang tetap selagi bangunan tersebut tidak dialihkan atau dirobohkan. (Rajah 1.1)

Rajah 1.1: Beban Statik

ii) Beban Dinamik

Beban dinamik adalah beban yang sentiasa berubah-ubah. Contohnya kenderaan melintasi jambatan. Dimana jambatan tersebut terpaksa menanggung beban yang berubah-ubah setiap kali ada kenderaan yang melintasi jambatan tersebut (Rajah 1.2).

Rajah 1.2: Beban Dinamik


iii) Beban Hentaman.

Ianya adalah beban yang bertindak secara serta merta. Contohnya apabila satu hentakkan atau hentaman tukul dikenakan pada paku (Rajah 1.3). Semasa tukul menyentuh paku tersebut, beban tersebut akan bertindak secara serta merta pada paku tersebut.

Rajah 1.3: Beban Hentaman

iv) Beban Lesu dan Ulangalik

Beban jenis ini hanya berlaku pada masa tertentu sahaja. Contohnya apabila satu beban digantungkan pada satu pegas (Rajah 1.4(a)), pegas itu akan cuba menghalang pemanjangan dari berlaku akibat beban yang dikenakan. Beban yang berlaku adalah dari jenis beban ulang alik. Sementara lesu pula biasanya berlaku pada aci yang digunakan bagi tujuan penghantaran kuasa. Contohnya aci yang dipasang pada kincir angin (Rajah 1.4(b))

(a) (b)

Rajah1.4: Beban Lesu dan Ulangalik

BEBAN


Jadual 1.2 menunjukkan kesan yang dihasilkan oleh daya.

Kesan Daya Contoh

i. mengakibatkan pemanjangan

ii. mengakibatkan pemendekan

iii. mengakibatkan kelenturan

iv. mengakibatkan kericihan

v. mengakibatkan kepiuhan

tali / dawai yang digantungkan beban (Rajah 1.2v).

beban yang diletakkan diatas sebatang tiang (Rajah 1.2vi)

beban diletakkan diatas rasuk (1.2vii).

rivet & bolt (1.2viii)

penghantaran kuasa oleh aci (1.2ix)

i) mengakibatkan pemanjangan

Sebelum Selepas

Rajah 1.5: Pemanjangan

ii) mengakibatkan pemendekan

Sebelum Selepas

Rajah 1.6: Pemendekan

BEBAN

W


iii) mengakibatkan kelenturan

Rajah 1.7: Lenturan

iv) mengakibatkan kericihan

Rajah 1.8: Ricihan

v) mengakibatkan kepiuhan

Rajah 1.9: Piuhan

P

P

P

P

PP L

w

T2

T1


1.3 JENIS-JENIS DAYA

Kita boleh mengkelaskan daya kepada 2 kelas yang utama iaitu:-

i. Daya Terus

ii. Daya Ricih

1.3.1 DAYA TERUS

Lapisan yang mengalami tindakan daya adalah bersudut tepat dengan arah daya bertindak. Ada dua jenis daya terus iaitu daya tegangan (positif) rujuk Rajah 1.10 (a) dan mampatan (negatif) rujuk Rajah 1.10 (b). Daya tegangan akan menghasilkan pemanjangan sementara daya mampatan akan menghasilkan pemendekan.

Daya tegangan

(a)

Daya mampatan

(b)

Rajah 1.10: Daya Terus Yang Mengakibatkan Tegangan Dan Mampatan

1.3.2 DAYA RICIH

Sekiranya lapisan itu mengalami tindakan daya yang selari dengan arah daya ricih, maka lapisan itu akan mengalami kegelinciran dari lapisan yang di sebelahnya. Contoh yang mudah adalah apabila 2 keping plat disambungkan dengan menggunakan rivet (1.11(a)) atau dengan gam (Rajah 1.11(b)). Kemudian daya pada arah yang bertentangan dikenakan. Apabila daya dikenakan, rivet atau gam tersebut akan mengalami kegagalan. Kegagalan tersebut berlaku disebabkan oleh daya ricih yang dikenakan.

P P

P P


(a) (b)

Rajah 1.11: Plat Yang Dikenakan Daya Ricih Pada Penyambungannya

1.4 TEGASAN TERUS

Rajah 1.12(a): Bar Yang Dikenakan Daya P

Rajah 1.12 (a) menunjukkan sebatang bar yang dikenakan daya P. Daya P yang dikenakan akan menyebabkan bar tersebut mengalami pemanjangan. Jika diperhatikan keratan rentas aci tersebut, kita akan dapati terdapatnya daya yang akan bertindak ke atas satu satah keratan rentas XX tersebut (Rajah 1.12(b). Bagi memastikan ia berada dal.am keadaan kesimbangan, satu daya yang bertentangan bernilai P perlu dihasilkan.

Rajah 1.12(b): Daya Dalaman Pada Keratan XX

P

P

P

P

L

W

Daya ricih berlaku disini

X

X

PP

Luas A

P P PP

Pers. 1


Daya dalaman ini disebut sebagai tegasan dan ia merupakan tindakbalas beban kepada daya luar P. Tegasan ini disebut sebagai tegasan terus dan jika ia cuba memanjangkan bar ia dipanggil tegasan tegangan dan jika ia cuba memampatkan bar pula ia dipanggil tegasan mampatan.

Terdapat 3 jenis tegasan iaitu:-

Tegasan Tegangan (Tensile Stress)

Tegasan Mampatan (Compressive Stress)

Tegasan Ricih (Shear Stress)

Tegasan bergantung kepada magnitud dan arah daya yang dikenakan dan juga luas keratan rentas bahan tersebut, iaitu tegasan () ialah nisbah daya (P) dengan luas keratan rentas (A)

Unit bagi tegasan ialah N / m2

Contoh 1.1

Rajah C1.1 menunjukkan satu bar keluli mempunyai keratan rentas segiempat tepat berukuran 25 mm x 20 mm. Bar tersebut dibebankan dengan satu beban tegangan paksi bernilai 30 kN. Dapatkan tegasan tegangan yang terhasil pada keratan tersebut.

Penyelesaian. Rajah C 1.1: Bar Yang Dikenakan Beban Tegangan

30 kN

20 mm

30 kN25 mm


Luas keratan rentas bar, A = 25 x 20 = 500 mm2 = 500 x 10-6 m2

Oleh itu tegasan tegangan =

1.5 TERIKAN TERUS / TERIKAN NORMAL

Sekiranya berlaku pemanjangan atau pemendekan akibat daya P maka keterikan ( ) ditakrifkan sebagai pemanjangan atau pemendekan yang berlaku bagi ukuran se unit panjang bar itu. Keterikan di beri :-

Contoh 1.2

Satu bar sepanjang 50 mm dikenakan daya tegangan. Tentukan terikan yang berlaku keatas bar tersebut jika panjang akhirnya ialah 50.03 mm.

Penyelesaian.

= 60 x 10-4

AKTIVITI 1


UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN INPUT SELANJUTNYA.

SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUMBALAS DIHALAMAN BERIKUTNYA.

1.1 Padankan antara simbol dan keterangan yang diberikan dibawah.

SIMBOL KETERANGAN

A

D

ΔD

E

P

G

L

U

ΔL

(Epsilon)

(phi)

(rho)

(sigma)

(tau)

(nu)

Daya

Diameter akhir

Ketumpatan

Luas keratan rentas

Modulus Ketegaran


Nisbah Poisson

Perubahan panjang

Tegasan ricih

Tegasan terus

Tenaga terikan

Terikan ricih

Terikan terus

1.2 Penuhkan ruang kosong dibawah dengan jawapan yang sesuai.

a) Beban yang tidak berubah dikenali sebagai ……………………..

b) Beban yang bertindak secara serta merta dikenali sebagai …………………….

1.3 Nyatakan 3 jenis tegasan:-

i. ……………………………………….

ii. ………………………………………..

iii. ……………………………………….


1.4 Sebatang bar seperti Rajah 1 dikenakan beban mampatan 30 kN. Tentukan tegasan didalam bar tersebut.

MAKLUM BALAS 1

30 kN 30 kN

50 mm

200 mm

20 mm

Rajah 1: Bar Yang Dikenakan Beban Mampatan


TAHNIAH KERANA ANDA TELAH MENCUBA.!!!!!!!!!

1.1

SIMBOL KETERANGAN

A

D

ΔD

E

F

G

L

U

ΔL

(Epsilon)

(phi)

(rho)

(sigma)

(tau)

(nu)

Luas keratan rentas

Diameter asal

Diameter akhir


Daya

Modulus Ketegaran

Panjang asal

Tenaga terikan

Perubahan panjang

Terikan terus

Terikan ricih

Ketumpatan

Tegasan terus

Tegasan ricih

Nisbah Poisson

1.2

a) Beban yang tidak berubah dikenali sebagai ……………………..

b) Beban yang bertindak secara serta merta dikenali sebagai …………………….

1.3 Nyatakan 3 jenis tegasan:-

i) Tegasan Tegangan (Tensile Stress)

ii) Tegasan Mampatan (Compressive Stress)

iii) Tegasan Ricih (Shear Stress)

Beban statik

Beban hentaman


1.4

Tegasan dalam bar,

Anda telah menghampiri kejayaan. Sila cuba soalan dalam penilaian kendiri ini dan semak jawapan anda dari pensyarah modul anda.

PENILAIAN KENDIRI


Selamat mencuba dan semoga berjaya !!!!!!!!!!!!!

1. Berikan perbezaan diantara tegasan dan terikan.

2. Sebatang rod keluli yang berdiameter 25 mm dikenakan daya pada paksinya sebanyak 2 kN (Rajah 1). Tentukan tegasan yang terjadi dalam rod tersebut.

Rajah 1: Rod Yang Mengalami Daya Tegangan

3. Sebatang bar mempunyai keratan rentas 50 mm x 30 mm dikenakan daya 500 kN. Kirakan tegasan dalam bar ini.

4. Pemanjangan yang berlaku dalam satu bar 3 m panjang ialah 0.5 mm. Kirakan keterikan yang berlaku.

5. Beban sebanyak W kN digantung dari dawai AB dan AC seperti Rajah 2. Jika tegasan dalam AB dan AC masing-masing tidak melebihi 100 MN/m2 dan 150 MN/m2, cari nilai W. Luas keratan rentas AB dan AC adalah masing-masing 400 mm2 dan 200 mm2.

Rajah 2: Beban Yang Digantung Pada Dawai Yang Berbeza Saiz

MAKLUM BALAS KENDIRI

2 kN 2 kN

W

A

B C

450300


Adakah anda telah mencuba ?

Jika “Ya”, sila semak jawapan anda.

Jawapan

1. Tegasan

Apabila sesuatu bahan dikenakan daya, maka daya itu akan menyebabkan perubahan dan bahan tersebut berada dalam keadaan tegasan.

Terikan

Sekiranya berlaku pemanjangan atau pemendekan akibat daya P maka keterikan ( ) ditakrifkan sebagai pemanjangan atau pemendekan yang berlaku bagi ukuran se unit panjang bar itu.

2. Tegasan,

3. Tegasan = 333.33 MN/m2

4. Keterikan = 1.67 x 10-2

5. W = 33.5 kN

jj310 strength of material unit 1

Documents