KEKUATAN MATERIAL

Hal kedua Penyebab KegagalanElemen Mesin adalah KEKUATAN

MATERIAL

Hal kedua Penyebab KegagalanElemen Mesin adalah KEKUATAN

MATERIAL

Kompetensi Dasar

• Mahasiswa memahami sifat-sifat material• Mahasiswa memahami proses uji tarik• Mahasiswa mampu melakukan perhitungan

kekuatan bahan

• Mahasiswa memahami sifat-sifat material• Mahasiswa memahami proses uji tarik• Mahasiswa mampu melakukan perhitungan

kekuatan bahan

Sifat – Sifat Material

Secara garis besar material mempunyai sifat-sifat yang mencirikannya. Pada bidang teknikmesin umumnya sifat tersebut dibagi menjaditiga sifat. Sifat –sifat itu akan mendasari dalampemilihan material, sifat tersebut adalah: Sifat mekanik Sifat fisik Sifat teknologi

Secara garis besar material mempunyai sifat-sifat yang mencirikannya. Pada bidang teknikmesin umumnya sifat tersebut dibagi menjaditiga sifat. Sifat –sifat itu akan mendasari dalampemilihan material, sifat tersebut adalah: Sifat mekanik Sifat fisik Sifat teknologi

1. Sifat Mekanik

• Sifat mekanik dapat diartikan sebagai respon atau perilaku materialterhadap pembebanan yang diberikan, dapat berupa gaya, torsi ataugabungan keduanya.

• Untuk mendapatkan sifat mekanik material, biasanya dilakukan pengujianmekanik. Pengujian mekanik pada dasarnya bersifat merusak (destructivetest), dari pengujian tersebut akan dihasilkan kurva atau data yangmencirikan keadaan dari material tersebut.

• Setiap material yang diuji dibuat dalam bentuk sampel kecil atauspesimen. Spesimen pengujian dapat mewakili seluruh material apabilaberasal dari jenis, komposisi dan perlakuan yang sama.

• Sifat mekanik tersebut meliputi antara lain: kekuatan tarik, ketangguhan,kelenturan, keuletan, kekerasan, ketahanan aus, kekuatan impak,kekuatan mulur, kekeuatan leleh dan sebagainya.

• Sifat mekanik dapat diartikan sebagai respon atau perilaku materialterhadap pembebanan yang diberikan, dapat berupa gaya, torsi ataugabungan keduanya.

• Untuk mendapatkan sifat mekanik material, biasanya dilakukan pengujianmekanik. Pengujian mekanik pada dasarnya bersifat merusak (destructivetest), dari pengujian tersebut akan dihasilkan kurva atau data yangmencirikan keadaan dari material tersebut.

• Setiap material yang diuji dibuat dalam bentuk sampel kecil atauspesimen. Spesimen pengujian dapat mewakili seluruh material apabilaberasal dari jenis, komposisi dan perlakuan yang sama.

• Sifat mekanik tersebut meliputi antara lain: kekuatan tarik, ketangguhan,kelenturan, keuletan, kekerasan, ketahanan aus, kekuatan impak,kekuatan mulur, kekeuatan leleh dan sebagainya.

2. Sifat Fisik• Sifat fisik adalah kelakuan atau sifat-sifat material yang

bukan disebabkan oleh pembebanan seperti pengaruhpemanasan, pendinginan dan pengaruh arus listrik yanglebih mengarah pada struktur material. Sifat fisik materialantara lain : temperatur cair, konduktivitas panas danpanas spesifik.

• Struktur material sangat erat hubungannya dengan sifatmekanik. Sifat mekanik dapat diatur dengan serangkaianproses perlakukan fisik.

• Dengan adanya perlakuan fisik akan membawapenyempurnaan dan pengembangan material bahkanpenemuan material baru.

• Sifat fisik adalah kelakuan atau sifat-sifat material yangbukan disebabkan oleh pembebanan seperti pengaruhpemanasan, pendinginan dan pengaruh arus listrik yanglebih mengarah pada struktur material. Sifat fisik materialantara lain : temperatur cair, konduktivitas panas danpanas spesifik.

• Struktur material sangat erat hubungannya dengan sifatmekanik. Sifat mekanik dapat diatur dengan serangkaianproses perlakukan fisik.

• Dengan adanya perlakuan fisik akan membawapenyempurnaan dan pengembangan material bahkanpenemuan material baru.

3. Sifat Teknologi• Selanjutnya sifat yang sangat berperan dalam

pemilihan material adalah sifat teknologi yaitukemampuan material untuk dibentuk ataudiproses.

• Produk dengan kekuatan tinggi dapat dibuatdibuat dengan proses pembentukan, misalnyadengan pengerolan atau penempaan. Produkdengan bentuk yang rumit dapat dibuat denganproses pengecoran.

• Sifat-sifat teknologi diantaranya sifat mampu las,sifat mampu cor, sifat mampu mesin dan sifatmampu bentuk.

• Selanjutnya sifat yang sangat berperan dalampemilihan material adalah sifat teknologi yaitukemampuan material untuk dibentuk ataudiproses.

• Produk dengan kekuatan tinggi dapat dibuatdibuat dengan proses pembentukan, misalnyadengan pengerolan atau penempaan. Produkdengan bentuk yang rumit dapat dibuat denganproses pengecoran.

• Sifat-sifat teknologi diantaranya sifat mampu las,sifat mampu cor, sifat mampu mesin dan sifatmampu bentuk.

Uji TarikPada uji tarik benda uji diberi beban gaya tariksesumbu yang bertambah secara kontinu,bersamaan dengan itu dilakukan pengamatanmengenai perpanjang yang dialami benda ujidengan extensometer.Parameter-parameter yang digunakan untukmenggambarkan kurva tegangan-regangan logamadalah kekuatan tarik, kekuatan luluh atau titikluluh, persen perpanjangan, dan penguranganluas. Parameter pertama adalah parameterkekuatan, sedangkan yang kedua menyatakankeuletan bahan.

Pada uji tarik benda uji diberi beban gaya tariksesumbu yang bertambah secara kontinu,bersamaan dengan itu dilakukan pengamatanmengenai perpanjang yang dialami benda ujidengan extensometer.Parameter-parameter yang digunakan untukmenggambarkan kurva tegangan-regangan logamadalah kekuatan tarik, kekuatan luluh atau titikluluh, persen perpanjangan, dan penguranganluas. Parameter pertama adalah parameterkekuatan, sedangkan yang kedua menyatakankeuletan bahan.

Mengapa spesimenbisa putus ?

Mengapa spesimenbisa putus ?

Diagram Hasil Uji Tarik

Parameter Kekuatan Bahan

• Kekuatan Tarik (Su)• Kekuatan Mulur (Sy)• Kekuatan Tarik (Su)• Kekuatan Mulur (Sy)

Kekuatan Tarik (Su)

Kekuatan tarik atau kekuatan tarik maksimum(ultimate tensile strenght), adalah besarnyabeban maksimum dibagi dengan luaspenampang lintang awal benda uji.

u = P maks / Ao

Kekuatan tarik atau kekuatan tarik maksimum(ultimate tensile strenght), adalah besarnyabeban maksimum dibagi dengan luaspenampang lintang awal benda uji.

u = P maks / Ao

Kekuatan Mulur (Sy)

• Kekuatan Mulur / Luluh menyatakan besarnyategangan yang dibutuhkan tegangan yangdibutuhkan untuk berdeformasi plastis material.

• Kekuatan luluh sering dinyatakan sebagaikekuatan luluh offset, yaitu besarnya teganganyang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlahkecil deformasi plastis yang ditetapkan (reganganoffset). Di Amerika Serikat regangan offset ditentukan sebesar 0,2 atau 0,1 % ( e = 0,002atau 0,001 mm/mm)

y = P(offset) / Ao

• Kekuatan Mulur / Luluh menyatakan besarnyategangan yang dibutuhkan tegangan yangdibutuhkan untuk berdeformasi plastis material.

• Kekuatan luluh sering dinyatakan sebagaikekuatan luluh offset, yaitu besarnya teganganyang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlahkecil deformasi plastis yang ditetapkan (reganganoffset). Di Amerika Serikat regangan offset ditentukan sebesar 0,2 atau 0,1 % ( e = 0,002atau 0,001 mm/mm)

y = P(offset) / Ao

Teori KegagalanMaximum Stress atau Rankine Theory

• Teori ini menyebutkan bahwa, Failure pada material akan terjadi,apabila maximum tensile stress pada material tersebut samadengan maximum tensile stress pada kondisi yield(terjadi deformasiplastis) dalam uniaxial tensile test.

• Maximum Tensile stress adalah principal stress yang terbesar, danpositif, yaitu S1.

• Kondisi yield pada uniaxial tensile test sbb :

• Dengan demikian dapat disimpulkan : Deformasi plastis terjadiapabila Maximum principal Stress melebihi dari SYield

Maximum Stress atau Rankine Theory

• Teori ini menyebutkan bahwa, Failure pada material akan terjadi,apabila maximum tensile stress pada material tersebut samadengan maximum tensile stress pada kondisi yield(terjadi deformasiplastis) dalam uniaxial tensile test.

• Maximum Tensile stress adalah principal stress yang terbesar, danpositif, yaitu S1.

• Kondisi yield pada uniaxial tensile test sbb :

• Dengan demikian dapat disimpulkan : Deformasi plastis terjadiapabila Maximum principal Stress melebihi dari SYield

Teori KegagalanMaximum Shear Stress atau Tresca Theory

• Teori ini menyebutkan bahwa, Failure pada material akan terjadi,apabila maximum shear stress pada material tersebut sama denganmaximum shear stress pada kondisi yield(terjadi deformasi plastis)dalam uniaxial tensile test.

• Didapat:

• Dengan demikian dapat disimpulkan : Deformasi plastis terjadiapabila Maximum Shear Stress melebihi dari SYield / 2

Maximum Shear Stress atau Tresca Theory

• Teori ini menyebutkan bahwa, Failure pada material akan terjadi,apabila maximum shear stress pada material tersebut sama denganmaximum shear stress pada kondisi yield(terjadi deformasi plastis)dalam uniaxial tensile test.

• Didapat:

• Dengan demikian dapat disimpulkan : Deformasi plastis terjadiapabila Maximum Shear Stress melebihi dari SYield / 2

Teori KegagalanOctahedral Shear atau Von Misses Theory

• Teori ini menyebutkan bahwa, Failure pada material akan terjadi,apabila octahedral shear stress pada material tersebut samadengan octahedral shear stress pada kondisi yield(terjadi deformasiplastis) dalam uniaxial tensile test.

• Didapat:

• Dengan demikian, dapat disimpulkan : Deformasi plastis terjadiapabila Octahedral Shear Stress melebihi dari 21/2 x SYield / 3

Octahedral Shear atau Von Misses Theory

• Teori ini menyebutkan bahwa, Failure pada material akan terjadi,apabila octahedral shear stress pada material tersebut samadengan octahedral shear stress pada kondisi yield(terjadi deformasiplastis) dalam uniaxial tensile test.

• Didapat:

• Dengan demikian, dapat disimpulkan : Deformasi plastis terjadiapabila Octahedral Shear Stress melebihi dari 21/2 x SYield / 3

• Dari ketiga Failure Theory ini, yang diadopsioleh ASME adalah Rankine Theory. Walaupunpada kenyataanya Von Mises Theory lebihakurat dalam memprediksikan terjadinyakegagalan dalam material, tetapi RankineTheory dipilih karena Rankine Theory lebihsimpel, dan lebih mudah diaplikasikan.Sedangkan untuk Tresca Theory diadopsi olehASME Subsection NB Section III.

• Dari ketiga Failure Theory ini, yang diadopsioleh ASME adalah Rankine Theory. Walaupunpada kenyataanya Von Mises Theory lebihakurat dalam memprediksikan terjadinyakegagalan dalam material, tetapi RankineTheory dipilih karena Rankine Theory lebihsimpel, dan lebih mudah diaplikasikan.Sedangkan untuk Tresca Theory diadopsi olehASME Subsection NB Section III.

Parameter Keuletan Bahan

• Persentase pengurangan luas area (PRIA)• Persentase Elongation (PE)

Persentase pengurangan luas area(pria)

100xA

aApria

100x

A

aApria

A = luas area awala = luas area pada neck

Persentase elongation (pe)

100xl

lLPE

100x

l

lLPE

L = panjang spesimen akhirl = panjang spesimen awal

contoh

Sebuah batangan baja lunak dengan diameter 12mm, diuji tarik dengan panjang mula-mula 60mm. Data hasil pengujian :

Panjang akhir : 80 mmDiameter akhir : 7 mmBeban luluh : 3,4 tonBeban ultimate: 6,1 ton.Hitung (a) tegangan luluh, (b) tegangan tarik

maksimum, (c) PRIA dan (d) PE.

Sebuah batangan baja lunak dengan diameter 12mm, diuji tarik dengan panjang mula-mula 60mm. Data hasil pengujian :

Panjang akhir : 80 mmDiameter akhir : 7 mmBeban luluh : 3,4 tonBeban ultimate: 6,1 ton.Hitung (a) tegangan luluh, (b) tegangan tarik

maksimum, (c) PRIA dan (d) PE.

Jawab:Luas penampang batang mula-mula :

Luas penampang batang akhir :

a. Tegangan luluh (yield stress) :

b. Tegangan tarik Maksimum (UTS):

c. PRIA :

d. PE :

22 13,1)2,1(4

cmxA

22 385,0)7,0(4

cmxA

2/01,313,1

4,3cmT

areaorigin

luluhbebany

Luas penampang batang mula-mula :

Luas penampang batang akhir :

a. Tegangan luluh (yield stress) :

b. Tegangan tarik Maksimum (UTS):

c. PRIA :

d. PE :

2/01,313,1

4,3cmT

areaorigin

luluhbebany

2/4,513,1

1,6cmT

areaorigin

maksimumbebanu

%6610013,1

385,013,1100

xx

A

aAPRIA

%33,331006

68100

xx

l

lLPE

Faktor Keamanan

• Secara umum :

• Untuk material ulet :

• Untuk material getas:

workingbeban

maksimumbebanSF

workingbeban

luluhbebanSF

• Secara umum :

• Untuk material ulet :

• Untuk material getas: workingbeban

maksimumbebanSF

Exercise COntohThe following results were obtained in a tensile test on a

mild steel specimen of original diameter 20 mm andgauge length 40 mm.• Load at limit of proportionality : 80 kN• Extension at 80 kN load : 0.048 mm• Load at yield point : 85 kN• Maximum load : 150 kN

When the two parts were fitted together after beingbroken, the length between gauge length was found tobe 55.6 mm and the diameter at the neck was 15.8mm.

Calculate: (a). E, (b). σy, (c). σu, (d). PRIA and PE

The following results were obtained in a tensile test on amild steel specimen of original diameter 20 mm andgauge length 40 mm.• Load at limit of proportionality : 80 kN• Extension at 80 kN load : 0.048 mm• Load at yield point : 85 kN• Maximum load : 150 kN

When the two parts were fitted together after beingbroken, the length between gauge length was found tobe 55.6 mm and the diameter at the neck was 15.8mm.

Calculate: (a). E, (b). σy, (c). σu, (d). PRIA and PE

End of this session

• Terima Kasih• Selamat Belajar