DESIGN UNTUK KEKUATAN LELAH

Transkripsi

1 DESIGN UNTUK KEKUATAN LELAH

2 Fatique Testing (Pengujian Lelah)

3 Fatique Testing (Pengujian Lelah) Definisi : Pengujian kelelahan adalah suatu proses pengujian dimana material tersebut menerima pembebanan secara berulang ulang, supaya dapat memahami respon bahan tersebut dalam kondisi serupa saat penggunaan aktual. Tujuan : Memprediksi umur kelelahan, yang didefinisikan sebagai jumlah siklus kegagalan pada pembebanan tertentu. Memperoleh data yang dapat digunakan untuk memprediksi umur pakai bahan.

4 Pembagian Beban Beban Statis Beban Dinamis

5 Beban Dinamis Beban dinamis adalah beban yg diberikan secara teratur dan terus menerus dalam rentang waktu tertentu. Jenis beban dinamis: Beban dinamis ganti Yaitu beban dinamis yang diterima secara bergantian pada arah dan bentuk yang berlawanan. Misal : tarik-tekan, tekuk bolak-balik, putir bolak-balik Beban dinamis ulang Yaitu beban dinamis yang diterima pada arah dan besar yang sama secara berulang.

6 Macam Beban Dinamis Beban Dinamis Ganti 1. Ganti Tarik-Tekan Beban Dinamis Ulang 1. Ulang Tarik 2. Ganti Tekuk 2. Ulang Tekan 3. Ulang Tekuk 3. Ganti Puntir 4. Ulang Puntir

7 Jenis Pengujian Beban Uji Tarik UjiTekuk Uji Puntir UjiTekan

8 Beban Dinamik Ganti Tarik-Tekan Beban tarik (+) dan tekan (-) diberikan secara bergantian pada interval waktu tertentu (+) (+) (+) 0 (-) t 0 (-) t 0 (-) t (a) Beban tarik-tekan yang diberikan sama besar (b) Beban tarik lebih besar drpd beban tekan yang diberikan (c) Beban tekan lebih besar drpd beban tarik yang diberikan

9 Beban Dinamik Ulang Tarik atau Tekan Beban tarik (+) dan tekan (-) secara berulang diberikan dalam interval waktu tertentu (+) (+) 0 (-) t 0 (-) t (a) Beban ulang tarik (b) Beban ulang tekan

10 Kelelahan Bahan Kelelahan bahan adalah kerusakan lokal yang terjadi secara progresif pada struktur bahan ketika dikenai beban berulang. Kelelahan bahan terjadi di bawah batas tegangan tarik, dan bisa jadi di bawah batas tegangan luluh (yield strenght) bahan. Kerusakan lelah dimulai dengan retak mikro pada permukaan, dan pada saat mencapai ukuran kritis berakibat struktur tiba-tiba patah. Umur kelelahan sangat dipengaruhi oleh struktur dan bentuk bendanya. misal : lubang persegi atau sudut tajam

11 Diagram Tegangan Regangan

12 Rumus Perhitungan Regangan (perpanjangan) ϵ = li lo lo Tegangan (kekuatan) σ = P Ao

13 Pertumbuhan Kerusakan Mikro Gambar mikro yang menunjukkan pertumbuhan permukaan retakan lelah sebagai akibat beban lebih yang berulang (Ewing & Humfrey, 1903)

14 Patah Lelah Patahan sebuah lengan engkol aluminium Daerah goresan gelap : pertumbuhan retak lambat Daerah berbutir terang : patahan tiba-tiba

15 Patah Lelah Sebuah poros engkol yg mengalami patah lelah

16 Metode Pengujian Lelah Pengujian Lelah menggunakan mesin uji kelelahan yang menerapkan beban berulang terhadap bahan uji. Pengujian Lelah memberikan simulasi pembebanan untuk mengetahui sifat/perilaku komponen/bahan dalam kondisi pembebanan/ tegangan nyata yang sesungguhnya. Mesin uji kelelahan dapat menggabungkan tegangan tarik, tekan, lentur dan / atau torsi.

17 Hasil Pengujian Lelah Pembebanan semacam ini memberikan dampak tertentu pada komponen yang menerima beban tersebut Batas Lelah (Fatique Limit-Endurance Limit) besarnya tegangan maksimum yang tidak berakibatan perpatahan pada suatu bahan, untuk jumlah beban yang tidak terbatas Patah Lelah (Fatique Failure) : perpatahan yang dialami suatu benda akibat beban dinamis yang dikenakan selama rentang waktu tertentu

18 Batas Lelah Stress ( s ) Endurance limit 0,6 s S N cycle

19 Faktor yang Mempengaruhi Umur Lelah 1. Pola Tegangan Puncak : nilai-nilai puncak minimum dan maksimum dengan variasi yang cukup besar/fluktuasi. Nilai puncak (tarik atau tekan) dpt berubah dari waktu ke waktu tetapi siklus pembebanan yg cukup besar dapat mengawali retak lelah. 2. Besar Tegangan Puncak : Jika tegangan puncak adalah terlalu rendah, awal retak tidak akan terjadi. 3. Jumlah Siklus Tegangan : Jumlah siklus yg dibutuhkan utk memulai dan tumbuh retak sebagian besar tergantung pada faktor pertama.

20 4. Pengaruh Temperatur Operasi Pada temperatur tinggi, kekuatan logam akan menurun sehingga deformasi plastis akan lebih mudah terjadi dan batas lelah menjadi tidak jelas (hilang) yang disebabkan oleh karena pengaruh mobilitas dislokasi.

21 5. Pengaruh Kondisi Material Pengaruh Kondisi Material Awal retak lelah terjadi dengan adanya deformasi plastis mikro setempat, dengan demikian komposisi kimia dan struktur mikro material akan sangat mempengaruhi kekuatan untuk menahan terjadinya deformasi plastis sehingga akan sangat berpengaruh pula terhadap kekuatan lelahnya. Faktor ini meliputi : 1. Pengaruh ukuran butir 2. Pengaruh kekuatan 3. Struktur mikro 4. Pengaruh ukuran komponen

22 6. Pengaruh Kondisi Lingkungan Kondisi lingkungan yang korosif akan menyerang permukaan logam dan menghasilkan lapisan oksida atau produk korosi. Umumnya oksida adalah sebagai lapis lindung dan dapat mencegah kerusakan korosise lanjutnya, tetapi pembebanan siklik dapat menyebabkan pecahnya lapisan tersebut dan kerusakan korosi berikutnya sehingga timbul korosi sumuran yang berfungsi sebagai takikan. Hal itulah yang menyebabkan penurunan kekuatan lelah, pengaruh lingkungan korosif ini menurunkan kekuatan lelah logam hingga 10 % serta dapat menyebabkan batas lelah menjadi tidak jelas (hilang).

23 Kesimpulan Beban dinamis yg diterima oleh suatu bahan dalam waktu lama akan mengakibatkan kelelahan bahan. Simulasi beban diberikan untuk mengetahui sifat bahan dlm pembebanan nyata, guna memperoleh data yg dpt digunakan utk memprediksi umur pakai bahan. Umur kelelahan didefinisikan sebagai jumlah siklus kegagalan pada pembebanan tertentu. Umur kekelahan dipengaruhi oleh pola tegangan puncak, besar tegangan puncak, jumlah siklus tegangan,konsentrasi tegangan dan tegangan kulit.

24