4/6/2011. Stress, DEFORMASI BAHAN. Stress. Tegangan Normal. Tegangan: Gaya per satuan luas TEGANGAN NORMAL TEGANGAN GESER. Stress.

Transkripsi

1 Stress DEFORMASI BAHAN RINI YULIANINGSIH Stress Tegangan: Gaya per satuan luas TEGANGAN GESER TEGANGAN NORMAL Tegangan Normal Gaya bekerja pada luas penampang yang tegak lurus Simbol ( ) Deformasi: Perubahan panjang (pemendekan / pemanjangan) Regangan / Strain ( ) : Sebuah deformasi yang dihasilkan oleh tegangan rasio perubahan panjang terhadap panjang awal P Stress, A Units - Pascal (Pa) or N m 2 1

2 Tegangan Geser TEGANGAN DAN REGANGAN Gaya bekerja pada luas penampang yang sejajar Simbol ( ) Deformasi: Perubahan sudut Regangan geser ( ) didefinisikan sebagai perubahan sudut yang dibentuk antara dua bidang yang ortogonal sebelum deformasi sebagai akibat penerapan stress Dilatasi Perubahan Volume Deviatorik Perubahan Bentuk, perubahan volume diabaikan = G : Regangan Geser (Tanpa satuan atau radian) G : Modulus Geser (N/m 2 ) Tegangan regangan normal Tegangan regangan geser A: Bioyield Point B: Rupture Point Derajat Plastisitas = plastic total Derajat Elastisitas = elastic total 2

3 Daerah Elastis Bahan akan kembali ke bentuk semula setelah beban dilepas Tegangan proporsional terhadap regangan Bahan yang berperilaku elastic Hookean Solid Contoh pasta kering, kulit telur, permen keras ketika dikenakan regangan kecil (e.g., < 0.01). σ atau E ε :Tegangan E : Modulus elastisitas (Young s Modulus) (psi) ε : Regangan (in/in) σ Eε σ Densitas Energi Strain Resilience Hysteresis Densitas Energi Strain (strain energy density) pada suatu nilai regangan adalah luasan dibawah kurva stress-strain. Luasan dibawah kurva unloading disebut resilience Energi per unit volume yang tertangani sebagai gaya yang dipindahkan dari sampel. Resilience yang lebih besar semakin banyak energi yang akan di recovered Perbedaan antaran densitas energi strain dan resilience disebut hysteresis Jika gaya diaplikasikan dari semua arah dan menghasilkan perubahan volume, modulus disebut bulk modulus (K) Rasio Poisson (μ) didefinisikan sebagai rasio regangan dalam arah tegak lurus gaya yang diaplikasikan terhadap strain dalam arah gaya aplikasi. 3

4 Perilaku Viskoelastik Bioyield point didefinisikan sebagai titik dimana peningkatan deformasi terjadi dengan penurunan atau tanpa perubahan gaya. Dalam produk pertanian, keberadaan titik bioyield mengindikasikan awal kerusakan sel Rupture point adalah titik pada kurva stress strain atau kurva deformasi dimana pembebanan aksial specimen putus di bawah beban. Titik Rupture berhubungan dengan kerusakan makrostruktur specimen sementara titik bioyield berhubungan dengan kerusakan mikrosturktur sampel. Fluida Viskous Gaya Mulai berubah bentuk Deformasi proporsional dengan tingkat gaya yang diaplikasikan Perubahan bentuk sampai gaya dipindahkan sehingga ini tidak dapat kembali ke posisi semula Bahan Viskoelastis : Bahan yang menunjukkan sifat viscous dan elastis Contoh: Dairy cream, ice cream mix, marshmallow cream, cheese, and most gelled products Efek Weissenberg Viscous Viscoelastis 4

5 Fluida newtonian keluar dari pipa panjang emerging jet Pengembangan 10 % - 15 % lebih besar dari diameter pipa pada bilangan reynold kecil. Perbedaan tegangan normal pada fluida viskoelastis ekspansi jet dua kali atau lebih diameter pipa (Die well) Disisi lain, fluida sangat elastis dapat menunjukkan efek tubeless siphon (Steffe, 1996). Metode Studi Bahan Viscoelastic Recoil phenomenon 5

6 Stress Relaxation Test Bahan dibentuk untuk stain tertentu, dan strain di jaga konstan. Tegangan yang dibutuhkan untuk mempertahankan strain menurun terhadap waktu Creep Test Beban konstan diaplikasikan ke bahan biologi dan jika teganga relatif besar bahan akan berubah bentuk seiring dg berjalannya Regangan diukur sebagai fungsi waktu. Ada kemungkinan bahan kembali ke bentuk semula ketika tegangan dilepaskan Dynamic Test Bahan menjadi subyek deformasi atau stress yang bervariasi scr harmonis terhadap waktu. Aliran Ekstensional Aliran ekstensional murni tidak melibatkan geseran Shear free flow Orientasi molekular dalam arah aliran, tidak ada gaya yang bersaing yang menyebabkan rotasi 6

7 MODEL MEKANIK Untuk memahami perilaku rheologi bahan viskoelastik, digunakan beberapa model mekanik. Model terdiri dari pegas dan dashpot Model Elastik (Spring) Model Viscous (Dashpot) F = k x F : Gaya yang bekerja pada sistem x : jarak deformasi pegas K : Konstanta pegas Dashpot ini dianggap sebagai unsur fluida ideal yang mematuhi hukum Newton dimana gaya porporsional dengan laju perpanjangan. 7

8 Model Kombinasi Spring dan dashpots dapat dihubungkan dengan beberapa cara yang berbeda untuk menggambarkan perilaku bahan viskoelastis. Model Maxwell Model Maxwell telah digunakan untuk menafsirkan relaksasi stres cairan viskoelastik, terutama cairan polimer. Rangkaian seri : Jika regangan konstan digunakan, shear rate menjadi nol dan setelah integrasi persamaan terhadap waktu, model Maxwell dapat disajikan untuk (G/ ) konstan sebagai Model Maxwell tidak sesuai untuk bahan viskoelastis jika tidak melibatkan tegangan kesetimbangan ( e ) Menggambarkan relaksasi stress gradual (dari 0 ke nol) setelah aplikasi regangan tiba-tiba.. Bilangan Deborah: : Karakteristik waktu proses deformasi 8

9 Model Kelvin-Voigt Variasi tegangan terhadap waktu akan menjadi nol ketika bahan dibiarkan mengalir setelah mengalami tegangan geser konstan ( 0 ) dalam rayapan. \ Substitusi = 0 dan integrasi: Thank You 9