TUGAS PENDAHULUAN MODUL D

UJI BENDING

OLEH

KELOMPOK : 28

ANGGOTA KELOMPOK : 1. Astrid Parama N (13406026)

2. Bona Mangkirap (13406043)

3. Irma Sofiani (1340049)

4. Nadia Fadhilah Riza (13406069)

5. Prilla Sista LJ (13406080)

6. Ira Wulandari (13406094)

PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2007

BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Banyak struktur dan mesin memiliki komponen yang harus menahan beban yang

menyebabkan bending (tekukan). Setelah proses bending terjadi biasanya diikuti

oleh direct stress, transverse shear, dan torsional shear. Pada percobaan kali ini,

akan dilihat sifat material yang mengalami bending akibat pembebanan 3 sumbu

(3 aksial stress).

2. Tujuan Praktikum

1) Menentukan kekuatan lentur (flexural strength) material

2) Menentukan modulus elastisitas material

3) Mengetahui distribusi tegangan ketika terjadi pembebanan.

BAB II

TEORI DASAR

Kekakuan adalah ketahanan suatu material terhadap deformasi elastis. Modulus

elastisitas (E) adalah harga kekakuan suatu material pada daerah elastis.

Modulus elastis juga berarti perbandingan tegangan dengan regangan pada

daerah elastis. Material yang lentur (tidak kaku) adalah material yang dapat

mengalami regangan bila diberi tegangan atau beban tertentu. Tegangan atau

beban yang diberikan pada specimen uji (ST 37) haruslah dibawah harga beban

maksimum agar specimen tidak mengalami deformasi plastis. Pada praktikum uji

bending kali ini metode yang dipakai adalah three point bending.

Gambar distribusi tegangan:

Three Point Bending Four Point Bending

P 2/3L P

½ L 1/3 L

Rax Rax M Ray A B A B

Rby Ray Rby Diagram Gaya Geser 1/2P

P

-1/2P 1/3 L

½ L L - P 2/3 L

Diagram Momen Lentur

½ P L 1/3PL

½ Px -1/2 Px + 1/2 PL Px P(l-x) ½ L L 1/3 L 2/3 L L

Diagram momen lentur yang terjadi di setiap penampang melintang dan diagram

gaya geser transversal ditunjukkan pada gambar di atas.

Pada pembebanan di daerah elastis, momen lentur tersebut menyebabkan

timbulnya tegangan pada penampang melintang sebesar :

σ =

I

cM B

dimana σ = tegangan normal

BM = momen lentur di penampang melintang yang ditinjau

C = jarak dari sumbu netral ke elemen yang ditinjau

I = momen inersia penampang

Untuk specimen yang mempunyai penampang segi empat maka tegangan

normal maksimum pada penampang adalah :

σ =

)12

(

)2

)(4

(

3bh

hPL

dengan P = beban yang bekerja

L = panjang specimen

b = lebar specimen

h = tebal specimen

Defleksi pada daerah elastis pada penampang adalah :

δ = EI

PL

48

3

dengan δ = defleksi

P = beban yang bekerja

L = panjang specimen

E = modulus elastisitas bahan specimen

I = modulus inersia penampang

Pada praktikum akan diperoleh kurva P (tegangan) terhadap δ (defleksi). Gradien

atau tan θ dihitung dengan regresi linear.

P

α

δ

Dengan menggunakan hubungan

gradient = tan θ =

P

tan θ = 3

48

L

EI

E = I

L

48

tan3

Maka nilai E dapat diperoleh.

BAB III

DATA PERCOBAAN

Material = ST 37

Kekuatan lentur material = MPa

Dimensi specimen

- panjang (l) = 322.2 mm

- lebar (b) = 19 mm

- tebal (h) = 19 mm

Jarak tumpuan (L) = 150 mm

Kekerasan sebelum diberi beban = 32.17 HRA

Kekerasan setelah diberi beban = 31 HRA

Beban maksimum pada daerah elastis = 32500 N

No Beban (N) Defleksi

(mm)

1 0 0

2 1000 0.05

3 2000 0.10

4 3000 0.15

5 4000 0.17

6 5000 0.20

7 6000 0.23

8 7000 0.255

Untuk menghitung kekuatan lentur spesimen yaitu suatu parameter kekuatan

yang dapat diterima oleh material sebelum ia mengalami patah/bengkok

sempurna(dalam hal ini beban yang diambil ialah beban maksimum).

,kita gunakan rumus σ =

)12

(

)2

)(4

(

3bh

hPL

Maka diperoleh σ =

)12

19.19(

)2

19)(

4

15032500(

3

x

=2,66 Gpa

BAB IV

ANALISIS

Uji bending dapat dilakukan pada benda yang mengalami deformasi plastis. Uji

bending dilakukan dengan memberikan pembebanan pada spesimen sampai

patah. Namun, pada pengujian kali ini hal tersebut tidak dilakukan.

Pada bending plastis, sentroid berada di tengah benda dengan daerah tekanan

dan daerah tarikan memiliki luas area yang sama besar. Sedangkan pada

bending plastis, sentroid turun ke bawah sehingga daerah tekanan memiliki luas

area yang lebih kecil dari daerah tarikan.

Uji bending lebih baik dilakukan dengan menggunakan metode four point

bending karena pada four point bending momen lentur terjadi pada bidang

sedangkan pada three point bending momen lenturnya terjadi pada titik,

sehingga distribusi tegangan pada four point bending lebih merata dan lebih

mudah diamati.

Harga modulus elastisitas dari suatu material dapat ditentukan dengan melihat

kemiringan linear kurva beban terhadap defleksi. Harga elastisitas hanya berlaku

pada daerah elastis suatu material.

Pada percobaan kali ini, uji keras diberikan pada specimen sebelum dilakukan uji

bending, agar didapatkan perbandingan kekerasan awal material sebelum

dilakukan uji bending dengan kekerasan akhir material setelah dilakukan uji

bending. Seharusnya setelah dilakukan uji bending material akan lebih keras,

namun dari data yang didapatkan material justru lebih keras sebelum dilakukan

uji bending (HR = 32.17) dibanding setelah dilakukan uji keras pada material (HR

= 31). Hal ini dapat terjadi karena adanya kesalahan pada uji keras yang

dilakukan. Identor pada uji keras tidak dibebankan pada bagian spesimen yang

benar.

Terdapat karat pada spesimen uji bending yang melapisi sebagian besar

permukaan specimen yang digunakan. Adanya karat ini mengindikasikan bahwa

telah terjadi reaksi kimia pada permukaan specimen yang berarti ikatan antar

atom pada material telah mengalami perubahan. Hal ini mengakibatkan adanya

perubahan energi ikat antar atom yang tentu saja mempengaruhi modulus

elastisitas dari material tersebut. Energi ikat menjadi lebih kecil sehingga

modulusnya pun semakin kecil.

Perbedaan harga modulus elastisitas ini juga bisa disebabkan karena kesalahan

prosedur dalam praktikum (misalnya peletakkan spesimen yang tidak tepat

ditengah atau penempatan diameter specimen yang kurang tepat). Hal-hal lain

yang juga dapat mempengaruhi adalah kesalahan dalam membaca nilai pada

dial serta proses pembacaan nilai yang dilakukan secara manual sehingga

memungkinkan adanya jeda waktu antara pembacaan nilai beban dengan nilai

defleksi yang dicatat. Hal ini berakibat pada nilai tan α dari kurva yang dibuat

yang dapat mempengaruhi nilai E melalui perhitungan.

PERTANYAAN SETELAH PRAKTIKUM

1. Buat kurva dari data P – dari uji lentur, dengan menggunakan persamaan

garis regresi linier

Jawab:

Kurva Beban Terhadap Defleksi

y = 27283x - 438.92

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

Defleksi(mm)

Beb

an

(N)

2. Hitung harga Modulus Elastisitas dengan menggunakan kurva tersebut

Jawab:

Berdasarkan kurva beban terhadap defleksi yang terdapat pada soal nomer

1 diketahui persamaan garis regresi linear y = 27283x - 438.02 dimana

27283 menyatakan harga kemiringan atau gradient tan θ

12

1919

12

33

bh

I

tan θ =

P =

3

48

PL

EIP

27283 = 3

48

L

EI

E = 3

3

)19.(19.48

12.)150.(27283

E = 176,64 Gpa

3. Tuliskan harga Modulus Elastisitas yang diperoleh dari literature!

Jawab:

Berdasarkan literatur harga modulus elastisitas (E) material untuk steel

(baja) ST-37 sebesar 207 GPa.

4. Bandingkan harga Modulus Elastisitas yang diperoleh dari literature dan

percobaan, bila ada perbedaan jelaskan mengapa hal itu bisa terjadi!

Jawab:

Harga modulus elastisitas pada praktikum adalah 176,64 Gpa. Jika

dibandingkan dengan data yang diperoleh dari praktikum, nilai modulus

elastisitas ini lebih kecil dari pada harga modulus elastisitas pada literatur.

Pada dasarnya harga modulus elastisitas dipengaruhi oleh ikatan (energi

ikat) antar atom, semakin kuat ikatan antar atom maka semakin tinggi

modulus elastisitas suatu material.

Pada praktikum uji bending kemarin, terdapat karat yang melapisi sebagian

besar permukaan specimen uji yang digunakan. Adanya karat ini

mengindikasikan bahwa telah terjadi reaksi kimia pada permukaan

specimen yang berarti ikatan antar atom pada material telah mengalami

perubahan. Hal ini mengakibatkan adanya perubahan energi ikat antar

atom yang tentu saja mempengaruhi modulus elastisitas dari material

tersebut. Energi ikat menjadi lebih kecil sehingga modulusnya pun semakin

kecil.

Perbedaan harga modulus elastisitas ini juga bisa disebabkan karena

kesalahan prosedur dalam praktikum (misalnya peletakkan spesimen yang

tidak tepat ditengah atau penempatan diameter specimen yang kurang

tepat). Hal-hal lain yang juga dapat mempengaruhi adalah kesalahan dalam

membaca nilai pada dial serta proses pembacaan nilai yang dilakukan

secara manual sehingga memungkinkan adanya jeda waktu antara

pembacaan nilai beban dengan nilai defleksi yang dicatat. Hal ini berakibat

pada nilai tan α dari kurva yang dibuat yang dapat mempengaruhi nilai E

melalui perhitungan.

5. Gambarkan keadaan kekerasan material di daerah terdeformasi plastis!

Jawab:

Setelah diuji keras ternyata kekerasan material di daerah yang terdeformasi

plastis bertambah besar dibanding sebelum material mengalami deformasi

plastis. Hal ini disebakan karena adanya peristiwa strain hardening

(pengerasan regangan) yang dialami oleh material. Pengerasan yang

terjadi pada struktur atom dari material tersebut disebabkan karena material

mengalami deformasi plastis oleh pergerakan dislokasi sehingga terjadi

interaksi langsung antara atom-atom material dan kekerasan specimen di

daerah itu meningkat.

TUGAS TAMBAHAN

Cari penurunan rumus three point bending dan four point bending!

Jawab:

3 point bending

Setimbang :

0xF

0YF

FA + FB – P = 0

FA + FB = P

0AM

0)()(2

1 BFLPL

2

1L(P) = )( BFL

BF = 2

1P

AF = 2

1P

Jika benda dipotong, maka

0YF

PvFA2

1

0AM

M – v (x) = 0

M = v (x), misalkan 2

Lx

M = 422

PLLP

33

2

)12

(

)2

)(3

(

bh

PL

bh

hPL

I

cM B

4 point bending

Setimbang :

0xF

0YF

FA + FB – 2P = 0

FA + FB = 2P

0AM

0)()(3

2)(

3

1 BFLPLPL

L(P) = )( BFL

BF = P

AF = P

Jika benda dipotong:

30

Lx

0YF

PvFA

0AM

M – v (x) = 0

M = v (x), misalkan 3

Lx

M = P 3

L

33

2

)12

(

)2

)(3

(

bh

PL

bh

hPL

I

cM B

BAB V

KESIMPULAN

Harga modulus elastisitas dari suatu material dapat ditentukan dengan

melihat kemiringan linear kurva beban terhadap defleksi;harga elastisitas

hanya berlaku pada daerah elastis suatu material.

Pada percobaan kali ini kami memperoleh E = 176,64 Gpa

Modulus elastisitas ini dapat menunjukkan kekakuan dari material pada

daerah elastis secara linear.

Kekuatan lentur material adalah suatu parameter kekuatan yang dapat

diterima oleh material sebelum ia mengalami patah/bengkok

sempurna(dalam hal ini beban yang diambil ialah beban maksimum).

Pada percobaan kali ini kami mendapat kekuatan lentur =2,66 Gpa

ST-37 merupakan suatu material yang memiliki sifat kemampubentukan

yang cukup baik karena mampu mempertahankan bentuknya ketika

mengalami pembebanan yang besar tanpa terjadi patah.