Laporan Torsi [PDF]

Citation preview

KATA PENGANTAR



Puji dan syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan ini. Laporan “Torsion Test” ini dibuat untuk melengkapi syarat dan kelengkapannya yang terdapat pada Laboratorium Mekanika Teknik (Fenomena Dasar), Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Orang tua yang telah memberi bantuan moril dan materil. 2. Bapak Dr. Eng. Indra, M.T selaku Kepala Laboratorium Mekanika Teknik. 3. Asisten Laboratorium Mekanika Teknik yang telah membimbing dan membantu penulis dalam penyelesaian laporan ini. 4. Teman-teman stambuk 2015 yang berjuang bersama.



Atas kritik dan saran yang telah diterima penulis, laporan ini dapat disempurnakan dengan baik.



Medan, Juli 2019



Ibnu Fitra Pratama NIM. 140401027



i



DAFTAR ISI



KATA PENGANTAR ............................................................................................ i DAFTAR ISI .......................................................................................................... ii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ iv DAFTAR TABEL ..................................................................................................v BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................1 1.1 Sejarah Tentang Torsion Test .....................................................................1 1.2 Maksud Dilaksanakan Praktikum Torsion Test ..........................................2 1.3 Tujuan Dilaksanakan Praktikum Torsion Test............................................2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................................3 2.1 Teori Mengenai Percobaan Torsion Test ....................................................3 2.2 Sifat Elastis dan Contoh Bendanya .............................................................5 2.3 Sifat Plastis dan Contoh Bendanya .............................................................8 2.4 Puntiran pada Daerah Elastis ......................................................................9 2.5 Puntiran pada Daerah Plastis.....................................................................10 2.6 Pengujian Torsi Berpenampang Bulat ......................................................10 2.7 Pengujian Torsi Berpenampang Tidak Bulat ............................................12 2.8 Bentuk Patahan pada Pengujian Torsi ......................................................13 2.9 Bentuk Grafik untuk Material Liat dan Rapuh .........................................15 2.10 Definisi pada Pengujian Torsi .................................................................18 2.11 Perkembangan Mesin Uji Puntir Hingga Saat Ini ...................................18 2.12 Contoh Aplikasi Penggunaan Torsi di Dunia Keteknikan ......................21 2.13 Faktor yang Mempengaruhi Kekerasan atau Keuletan Benda Kerja ..................................................................................22 2.14 Pengaplikasian dalam Software Komputer yang



ii



Berkaitan dengan Praktikum Uji Puntir ..................................................24 2.17 Teori Mengenai PLX-DAQ ....................................................................25 2.16 Contoh Soal .............................................................................................26 BAB III ALAT DAN BAHAN.............................................................................33 3.1 Alat ............................................................................................................33 3.2 Bahan ........................................................................................................36 BAB IV PROSEDUR PERCOBAAN .................................................................37 BAB V HASIL PERCOBAAN DAN ANALISA ...............................................38 5.1 Lampiran Data Sheet dari Percobaan ........................................................38 5.2 Grafik Hasil Uji Puntir ..............................................................................38 5.3 Analisa pada Daerah Plastis ......................................................................38 5.4Analisa pada Daerah Elastis .......................................................................40 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN..............................................................46 6.1 Kesimpulan ...............................................................................................46 6.2 Saran..........................................................................................................46 DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................4



iii



DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Grafik Tegangan dan Regangan ................................................................. 6 Gambar 2.2 Pegas.......................................................................................................9 Gambar 2.3 Plastisin ..................................................................................................9 Gambar 2.4 Poros yang Mengalami Puntiran ............................................................12 Gambar 2.5 Potongan Penampang .............................................................................12 Gambar 2.6 Bentuk Patah Getas ................................................................................15 Gambar 2.7 Bentuk Patah Ulet...................................................................................16 Gambar 2.8 Deformasi Plastis dan Elastis Pada Kurva Tegangan Regangan ...............................................................................................18 Gambar 2.9 TNS-DW Series Micro Computer Controlled Torsion Testing Machine ....................................................................................27 Gambar 2.10 PLX-DAQ ............................................................................................34 Gambar 3.1 Mesin Uji Torsi ......................................................................................35 Gambar 3.2 Kunci Chuck...........................................................................................36 Gambar 3.3 Jangka Sorong ........................................................................................36 Gambar 3.4 Masker ....................................................................................................36 Gambar 3.5 Tipe-X ....................................................................................................37 Gambar 3.6 Penggaris ................................................................................................37 Gambar 3.7 Kacamata Safety.....................................................................................37 Gambar 3.8 Spesimen Berbahan ST-60 .....................................................................38



iv



DAFTAR TABEL Tabel 5.1 Analisa Daerah Plastis ...............................................................................42 Tabel 5.2 Analisa Daerah Elastis ...............................................................................44



v



BAB I PENDAHULUAN



1.1



Sejarah tentang Torsion Test Konsep torsi dalam fisika, juga disebut momen, diawali dari kerja



Archimedes dalam lever. Informalnya, torsi dapat dipikir sebagai gaya rotasional. Analog rotational dari gaya, masa, dan percepatan adalah torsi, momen inersia dan percepatan angular. Gaya yang bekerja pada lever, dikalikan dengan jarak dari titik tengah lever, adalah torsi. Contohnya, gaya dari tiga newton bekerja sepanjang dua meter dari titik tengah mengeluarkan torsi yang sama dengan satu newton bekerja sepanjang enam meter dari titik tengah. Ini menandakan bahwa gaya dalam sebuah sudut pada sudut yang tepat kepada lever lurus. Uji puntir (torsion test) adalah salah satu pengujian merusak yang mengakibatkan suatu material mengalami patahan.Uji puntir sering digunakan untuk menguji bahan-bahan getas, misalnya baja-baja untuk perkakas, dan telah digunakan sebagai uji plintir suhu tinggi untuk menilai kemampuan tempaan suatu bahan. Uji puntir sangat bermanfaat untuk berbagai penggunaan dibidang teknik dan juga penelitian teoretis mengenai aliran plastik. Peralatan uji puntir terdiri atas kepala puntir yang dilengkapi cekam untuk mencengkram benda uji dan untuk memberikan momen puntir pada benda uji serta kepala bobot yakni dengan cara mencengkram salah satu ujung benda uji dan mengukur besarnya momen ulir atau torsi. Deformasi yang terjadi dari benda uji yang bersangkutan diukur dengan peralatan pengukur ulir yang dinamkan troptometer. Penentuan dilakukan dengan menggunakan perpindahan sudut suatu titik didekat salah satu ujung benda uji dibandingkan terhadap suatu titik pada elemen memanjang yang sama pada arah yang berlawanan. Biasanya pada benda uji untuk uji tarik mempunyai penampang berbentuk lingkaran karena merupakan geometri yang paling sederhana untuk perhitungan tegangan. Karena pada daerah elastic, tegangan geser bervariasi secara linear dari harga nol pada pusat batang hingga harga maksimum pada permukaan batang, maka seringkali dibutuhkan pengujian benda uji tabung yang mempunyai dinding tebal. Hasil yang diperoleh



1



adalah tegangan geser yang hampir seragam disepanjang penampang lintang benda uji. Sudut Puntir adalah suatu poros dengan panjang L dikenai momen puntir T secara konstan dikeseluruhan panjang poros.



1.2



Maksud Dilaksanakan Praktikum Torsion Test Maksud dari praktikum torsion test ini adalah agar mahasiswa dapat



mengaplikasikan materi tentang uji puntir yang telah ataupun sedang di pelajari dalam perkuliahan. Selain itu, maksud dari percobaan ini adalah untuk mengetahui sifat-sifat atau karakteristik suatu bahan. Dengan sifat-sifat dan karakteristik suatu material tersebut, kontruksi permesinan desain yang diharapkan oleh setiap perancang setelah diproduksi sesuai dengan perencanaan dan memenuhi standar-standar yang telah ditetapkan.



1.3



Tujuan Dilaksanakan Praktikum Torsion Test Adapun tujuan yang ingin dicapai dari pelaksanaan praktikum torsion test



adalah : 1.



Memahami prinsip pengujian puntir.



2.



Menghitungan tegangan punter dan sudut punter.



3.



Menentukan batas luluh geser dan modulus elastisitas geser material.



4.



Mahasiswa mampu menganalisis hasil uji puntir beberapa jenis logam dan skarakteristik perpatahan yang dihasilkan.



5.



Mahasiswa dapat menggambar grafik perbandingan dalam percobaan torsi.



2



BAB II TINJAUAN PUSTAKA



2.1



Teori Mengenai Percobaan Torsion Test



1. Puntiran Puntiran adalah suatu pembebanan yang penting. Sebagai contoh, kekuatan puntir menjadi permasalahan pada poros-poros, karena elemen deformasi plastik secara teori adalah slip (geseran) pada bidang slip, modulus kekakuan adalah konstanta yang penting, yang diperoleh dari pengujian puntir (dalam banyak kasus). Deformasi puntiran tidak menunjukkan tegangan uniform pada potongan lintang seperti halnya pada deformasi lenturan. Untuk mendapat deformasi puntiran dengan tegangan yang uniform perlu dipergunakan batang uji berupa silinder tipis. Patahan karena puntiran dari bahan getas terlihat pada arah kekuatan tarik, yaitu pada 450 terhadap sumber puntiran, sedangkan bagi bahan yang liat patahan terjadi pada sudut tegak lurus terhadap sumbu puntiran setelah gaya pada arah sumbu terjadi dengan deformasi yang besar, dari hal tersebut sangat mudah menentukan keliatan dan kegetasan. 2. Tegangan Kekuatan bahan bukanlah kriteria satu- satunya yang harus diperhitungkan dalam perencanaan struktur. Kekakuan bahan selalu sama pentingnya. Dengan derajat lebih kecil, sifat seperti kekerasan, ketangguhan, dan keliatan menetapkan pemilihan bahan sifat ini ditetapkan dengan membuat pengujian bahan dan membandingkan hasilnya dengan standar yang telah ada. Gaya luar (eksternal) yang diberikan pada suatu benda harus diimbangi oleh gaya penentang yang ada di dalam bahan. Bahan yang mempunyai gaya internal tadi dikatakan berada dalam keadaan tegang. Untuk lebih mengerti hakekat gaya internal ini, marilah kita perhatikan apa yang terjadi bila suatu benda diberi beban. Mula-mula harus ditegaskan bahwa dalam praktek, semua beban



3



bekerja sedikit demi sedikit. Proses pembebanan ini dapat diselesaikan dalam selang waktu yang sangat singkat, namun tak akan pernah sesaat. Bila gaya dikenakan pada suatu benda, maka bentuk benda akan berubah dan molekul-molekulnya bergeser sedikit dari posisi awalnya. Pergeseran ini mengakibatkan timbulnya gaya-gaya antar molekul, yang tergabung untuk menentang gaya yang ditimbulkan oleh beban tadi. Bila beban bertambah, perubahan bentuk benda makin besar dan gaya-gaya antar molekul juga bertambah sampai pembebanan mencapai harga akhirnya. Gaya-gaya di dalam benda mengadakan reaksi yang sama dan berlawanan, sehingga keadaan setimbang tercapai. Bahan sekarang dalam keadaan tegang dan terenggang. Dapat dilihat nanti bahwa kedua keadaan ini pasti berhubungan, tegangan dalam bahan harus didampingi regangan dan sebaliknya. Untuk menyederhanakan perhitungan, seringkali lebih mudah bila diperhatikan benda tegar, namun ini hanya merupakan suatu konsep karena ada bahan yang tegar sempurna, dan tidak ada benda nyata yang dapat menahan beban, tanpa sebelumnya mengalami perubahan bentuk. Bila benda berbeban yang disebutkan diatas dibagi menjadi dua oleh suatu bidang khayal, maka tiap bagian harus berada dalam keadaan setimbang karena pengaruh gaya luar yang bekerja padanya dan gaya-gaya internal (yaitu gaya antar molekul) yang bekerja pada bidang khayal ini. Intensitas tegangan (untuk mudahnya biasanya disebut tegangan) di suatu titik pada bidang, didefinisikan sebagai gaya internal per satuan luas. Tegangan dibedakan menjadi dua jenis. Bila gaya internal tegak lurus pada bidang yang diamati, maka didapat tegangan normal atau langsung, dan sesuai dengan arah gaya, dapat bersifat tarik (tensile) atau mampat (compressive). Bila gaya internal sejajar dengan bidang yang diamati, didapat tegangan tangensial atau geser. Seringkali resultan gaya pada elemen luasan membentuk sudut dengan bidang luasnya. Dalam keadaan semacam itu, gaya tersebut diuraikan menjadi komponen normal dan tangensial, serta menghasilkan kombinasi teganganregangan normal geser.



4



3. Regangan Perubahan bentuk benda yang terjadi pada keadaan tegang disebut regangan. Ada dua macam regangan. Bahan dapat membesar atau mengecil dan menghasilkan regangan normal atau lapisan-lapisan bahan dapat bergeser yang satu terhadap yang lain dan menghasilkan regangan geser. Untuk batang dalam keadaan tarik atau komprensi sederhana, akibat yang paling jelas terlihat adalah perubahan panjang batang, yaitu regangan normal. Intensitas regangan (biasanya disebut



regangan



saja)



untuk



regangan



normal,



didefinisikan



sebagai



perbandingan perubahan ukuran terhadap ukuran semula.



Gambar 2.1 Grafik Tegangan-Regangan (Sumber: https://junaidawally.blogspot.com/2013/05/karakteristik-darisifat-mekanik-beton.html)



2.2



Sifat Elastis dan Contoh Bendanya Elastisitas adalah kecenderungan pada suatu benda untuk berubah dalam



bentuk baik panjang, lebar maupun tingginya, tetapi massanya tetap, hal itu disebabkan oleh gaya-gaya yang menekan atau menariknya, pada saat gaya ditiadakan bentuk benda kembali seperti semula.



5



Jika sebuah gaya diberikan pada sebuah benda yang elastis, maka bentuk benda tersebut berubah. Gaya yang diberikan juga memiliki batas-batas tertentu. Sebuah karet bisa putus jika gaya tarik yang diberikan sangat besar, hingga melewati batas elastisitasnya. Demikian juga sebuah pegas tidak akan kembali ke bentuk semula jika ditarik dengan gaya yang sangat besar. Jadi benda-benda elastis tersebut memiliki batas elastisitas.Sesuai dengan sifat elastis tersebut benda dibagi menjadi benda elastis dan benda plastis. Karet dan pegas merupakan beberapa contoh benda elastis. Jika sifat benda berada diantara kedua sifat di atas, maka benda tersebut dinamakan elsatis sebagian. Sifat elatis suatu benda dipengaruhi oleh gaya antar molekulnya. Semakin jauh jarak atom akibat gaya luar, maka semakin besar gaya molekulnya. Ada beberapa istilah dalam mengenal sifat elastis benda. Mari kita bahas satu persatu. 1. Stress (Tegangan) Stress atau tegangan merupakan gaya molekul per satuan luas. Dalam keadaan seimbang, besarnya gaya molekul (gaya dalam) sama dengan gaya luar yang diberikan. Secara matematis, dapat ditulis sebagai berikut.



F adalah besar gaya yang diberikan pada benda (Newton) dan A adalah luas penampang benda (m2). Satuan stress adalah N/m2. Arah stress selalu tegak lurus terhadap bidang benda (stress normal). Stress normal ini dianggap sebagai tekanan, sedangkan stress arah longitudinal dinamakan stress tangensial atau shearing stress, yaitu ketika benda diberi gaya searah bidang. 2. Strain Strain atau regangan merupakan perbandingan antara perubahan ukuran benda dan ukuran mula-mula. Berdasarkan jenis stressnya, strain digolongkan menjadi 3 jenis berikut ini. a. Strain linier



6



Strain linier merupakan perubahan ukuran benda akibat perubahan linier yang diakibatkan oleh stress normal. Strain linier terjadi ketika benda bertambah panjang, sehingga persamaannya sebagai berikut.



Dengan Δl = perubahan panjang dan lo = panjang mula-mula. b. Strain Volume Strain volume merupakan perubahan volume benda akibat pemberian stress normal dari berbagai sisi. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.



Dengan ΔV = perubahan volume dan V = volume mula-mula. c. Strain Shear Strain shear merupakan perubahan ukuran benda akibat stress tangensial. Dimana perumusannya sebagai berikut.



3. Modulus Elastisitas Ketika suatu benda diberi gaya lalu mengalami stress, maka benda akan mengalami perubahan ukuran. Jika perubahan ukuran ini tidak terlalu besar, maka stress pada benda akan sebanding dengan strain. Besarnya konstanta perbandingan stress dan strain ini dinamakan modulus elastisitas. Modulus elastisitas yang berhubungan dengan strain linier disebut sebagai modulus Young dan yang berhubungan dengan strain volume disebut sebagai modulus bulk, sedangkan yang berhubungan dengan strain tangensial disebut sebagai modulus shear. 4. Modulus Young Jika suatu batang ditarik dengan gaya F sampai batang bertambah panjang sebesar Δldari panjang mula-mula (lo), maka modulus Youngnya dapat ditulis sebagai berikut.



7



Persamaan di atas disebut persamaan hukum Hooke, dimana besar gaya yang diberikan sebanding dengan pertambahan panjang benda. Benda yang mendapatkan stress (gaya dari luar) melebihi batas strainnya, maka benda tersebut tidak akan kembali ke bentuk semula, batas nilainya disebut batas elastis. Jika diberi stress di atas batas elastis benda, maka benda akan patah (fracture).



Gambar 2.2 Pegas (Sumber: https://artikelnesia.com/2012/09/13/gaya-pada-pegas/)



2.3



Sifat Plastis dan Contoh Bendanya Bahan Plastis, adalah benda yang saat diberikan gaya akan mengalami



perubahan bentuk, dan apabila gaya itu dihilangkan benda tersebut tidak dapat kembali kebentuk semula. Contoh : Tanah liat, Plastisin, dan Adonan kue.



Gambar 2.3 Plastisin (Sumber: https://www.tokopedia.com/domomainan/mainan-anak-murah-lilinplastisin-cap-bola) 8



2.4



Puntiran pada Daerah Elastis Sifat-sifat mekanik yang didapat selama pengujian puntir adalah :







Modulus Elastisitas Geser Modulus



elastisitas



geser



adalah



kemampuan



material



untuk



mempertahankan bentuknya didaerah elastis yang disebabkan oleh tegangan geser. 



Kekuatan Luluh Puntir (torsional yield strength) Kekuatan luluh puntir adalah batas tegangan sebelum mengalami



deformasi plastis yang disebabkan oleh tegangan geser. Untuk menentukannya maka perbandingan panjang bagian penampang yang menyempit terhadap diameter luar harus sekitar 8-10 kali. Selain itu pada uji puntir dapat menggunakan metode offset dengan ketentuan 0,04 rad/m untuk grafik momen puntir terhadap sudut puntir. 



Modulus Pecah (Modulus of rupture) Modulus pecah adalah kekuatan geser puntir maksimum, karena tegangan



geser terbesar terjadi dipermukaan batang. Sifat-sifat elastik pada puntiran dapat diperoleh dengan menggunakan momen puntir pada batas proporsional atau momen puntir pada suatu sudut tertentu, biasanya 0,001 rad/inchi panjang ukur, dan dilakukan perhitungan tegangan geser yang berkaitan dengan momen puntir. Untuk benda uji tabung, biasanya diperlukan pengukuran batas elastik puntiran atau kekuatan luluh yang teliti. Karena gradient tegangan melintang melintasi diameter batang padat, maka serat-serat permukaan terhambat oleh tegangan yang lebih kecil pada serat yang didalam. Jadi peluluhan yang pertama terjadi, pada umumnya tidak mudah diamati dengan instrumen yang biasanya yang dipergunakan untuk mengukur sudut puntir. Pemakaian benda ujitabung berdinding tebal memperkecil efek-efek, karena praktis tidak terdapat gradien tegangan. Akan tetapi harus diperhatikan bahwa pengurangan tebal dinding tidaklah besar, atau terjadinya tekukan dan bukan puntiran.



9



2.5



Puntiran pada Daerah Plastis Selain kekuatan luluh puntiran, maka tegangan geser disepanjang



penampang lintang batang, tidak lagi merupakan fungsi linear terhadap jarak dari sumbu. Jika kurva momen puntir terhadap sudut puntir diketahui maka tegangan geser pada daerah plastis dapat diketahui. Untuk menyederhanakan analisis, akan ditinjau suatu besaran sudut puntir persatuan panjang Ө’, dimana Ө’ = Ө/L. Jika ada kurva momen puntir – sudut puntir, maka tegangan geser dapat dihitung dengan menggunakan persamaan diatas. Gambar pada kurva melukiskan bagaimana cara-cara melakukannya.



2.6



Pengujian Torsi Berpenampang Bulat Akibat puntiran murni pada poros berpenampang lingkaran adalah



timbulnya tegangan geser murni dalam bahan. Bila poros dibagi menjadi dua bagian oleh bidang transversal khayal, akan terlihat bahwa permukaan-permukaan pada kedua pihak dari bidang ini cenderung berputar, relatif yang dianggap terdiri dari lapisan-lapisan tipis transversal yang jumlahnya tak terhingga, masingmasing relatif berputar sedikit terhadap lapisan berikutnya bila torsi diberikan, akibatnya poros akan terpuntir. Pergerakan angular salah satu ujung relatif terhadap yang lain disebut sudut puntiran. Tegangan puntir disebabkan oleh momen puntir yang bekerja pada penampang batang. Dalam menganalisa tegangan puntir, momen torsi yang biasanya dinyatakan dalam vektor rotasi diubah menjadi vektor translasi dengan menggunakan aturan tangan kanan. Lipatan jari tangan menunjukkan arah vektor rotasi dan jari jempol menunjukkan vektor translasi. Seperti halnya gaya aksial, tegangan puntir muncul (momen puntir ada) bila batang tersebut dipotong. Metode irisan tetap digunakan untuk mendapatkan momen puntir dalam, sehingga tegangan puntir dapat dicari. Momen puntir dalam ini yang akan mengimbangi momen puntir luas sehingga bagian struktur tetap dalam kondisi seimbang.



10



Gambar 2.4 Poros yang mengalami puntiran (Sumber: http://engineeringxxx.blogspot.com/2012/05/makalh-pegas.html) Untuk mencari hubungan antara momen puntir dalam dengan tegangan pada penampang batang bulat, perlu dibuatkan asumsi sebagai berikut: a. Potongan normal tetap di bidang datar sebelum maupun sesudah puntiran. b. Regangan geser berbanding lurus terhadap sumbu pusat. c. Potongan normal tetap berbentuk bulat selama puntiran. d. Batang dibebani momen puntir dalam bidang tegak lurus sumbu batang. e. Tegangan puntir tidak melebihi batas proporsional. f. Tegangan geser berubah sebanding dengan regangan linear.



Gambar 2.5 Potongan penampang (Sumber: http://engineeringxxx.blogspot.com/2012/05/makalh-pegas.html) Berdasarkan asumsi yang diambil (butir 2 dan 6) maka tegangan geser maksimum terletak pada keliling penampang sehingga dapat dicari hubungan antarategangan geser dengan jarak terhadap sumbu pusat. Gaya geser inilah nantinya akan mengantisipasi momen torsi luar.



11



Besar momen inseria polar dari luas penampang, yang dinotasikan sebagai Ip, sehingga : 𝐼𝑝 =



1 𝜋 𝐷4 32



Besarnya tegangan secara umum : 𝜏 =



𝑇𝑐 𝐼𝑝



Dimana : t = tegangan geser I p = Momen inersia polar penampang luas. c = jari-jari lingkaran Dalam mendesain bagian-bagian struktur yang menyangkut kekuatan, maka tegangan geser yang memenuhi syaratlah yang dipilih. Karena batang yang mengalami puntiran sering dipakai untuk meneruskan gaya, maka percobaan puntiran pada batang sering dilakukan. 2.7



Pengujian Torsi Berpenampang Tidak Bulat Untuk batang-batang yang bukan melingkar, irisan yang tegak lurus



terhadapsumbu bagian struktur akan melengkung bila dikenakan momen puntir. Pada batang berbentuk siku empat, tegangan geser pada sudut-sudut adalah nol. Sedang pada tengah-tengah sisi yang panjang tegangan tersebut menjadi maksimum. Tegangan geser maksimum: τmaks = T/αbc^2 Sudut puntir: θ = TL/(βbc^3 G) Parameter a dan b tergantung pada perbandingan (b/c) dengan: T : momen lentur



12



L : panjang poros G : modulus elastisitas geser b : sisi panjang irisan siku empat c : sisi pendek irisan suku empat α,β : parameter torsi pada bagian pipa berbanding tipis Momen puntir total T yang dihasilkan oleh tegangan-tegangan geser adalah: Dengan, q : aliran geser (shear flow) Am : luas yang dibatasi oleh garis tengah keliling tabung tipis (luas median). T = 2Am q Atau q =(T )/(2A_m ) Karena untuk tabung tertentu q adalah konstan, maka tegangan geser pada suatu titik dari suatu tabung dimana tebal dinding t adalah: τ=q/t = (T )/(2A_m t) Sudut puntir untuk pipa berdinding tipis dapat ditentukan dengan menyamakan usaha yang dilakukan oleh momen puntir T yang dikenakan dengan energi regangan batang. Tθ/2= (T^2 L)/2Gτ θ = TL/Gτ



2.8



Bentuk Patahan Pada Pengujian Torsi



a. Patah Getas (Brittle Fracture) Merupakan fenomena patah pada material yang diawali terjadinya retakan secara cepat dibandingkan patah ulet tanpa deformasi plastis terlebih dahulu dan dalam waktu yang singkat. Dalam kehidupan nyata, peristiwa patah getas dinilai lebih berbahaya daripada patah ulet, karena terjadi tanpa disadari begitu saja.



13



Biasanya patah getas terjadi pada material berstruktur martensit, atau material yang memiliki komposisi karbon yang sangat tinggi sehingga sangat kuat namun rapuh.



Gambar 2.6 Bentuk patah getas (Sumber: http://okasatria.blogspot.com/2008/02/) Ciri-cirinya: 



Permukaannya terlihat berbentuk granular, berkilat dan memantulkan cahaya.







Terjadi secara tiba-tiba tanpa ada deformasi plastis terlebih dahulu sehingga tidak tampak gejala-gejala material tersebut akan patah.







Tempo terjadinya patah lebih cepat







Bidang patahan relatif tegak lurus terhadap tegangan tarik.







Tidak ada reduksi luas penampang patahan, akibat adanya tegangan multiaksial.



b. Patah Ulet (Ductile Fracture) Patah ulet merupakan patah yang diakibatkan oleh beban statis yang diberikan pada material, jika beban dihilangkan maka penjalaran retak akan berhenti. Patah ulet ini ditandai dengan penyerapan energi disertai adanya deformasi plastis yang cukup besar di sekitar patahan, sehingga permukaan patahan nampak kasar, berserabut (fibrous), dan berwarna kelabu. Selain itu komposisi material juga mempengaruhi jenis patahan yang dihasilkan, jadi bukan karena pengaruh beban saja. Biasanya patah ulet terjadi pada material berstruktur bainit yang merupakan baja dengan kandungan karbon rendah.



14



Gambar 2.7 Bentuk patah ulet (Sumber: http://okasatria.blogspot.com/2008/02/) Ciri-ciri patah ulet: 



Ada reduksi luas penampang patahan, akibat tegangan uniaksial







Tempo terjadinya patah lebih lama.







Pertumbuhan retak lambat, tergantung pada beban







Permukaan patahannya terdapat garis-garis benang serabut (fibrosa), berserat, menyerap cahaya, pempilannya buram



2.9



Bentuk Grafik untuk Material Liat dan Rapuh Dalam pengujian torsi, material pada umumnya dikelompokkan menjadi



dua sifat mekanik, yaitu : a. Kekenyalan (elasticity) Didefinisikan sebagai kemampuan meterial untuk menerima tegangan tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah tegangan dihilangkan, atau dengan kata lain kemampuan material untuk kembali ke bentuk dan ukuran semula setelah mengalami deformasi (perubahan bentuk). Modulus elastisitas adalah angka yang digunakan untuk mengukur objek atau ketahanan bahan untuk mengalami deformasi elastis ketika gaya diterapkan pada benda itu. Modulus elastisitas suatu benda didefinisikan sebagai kemiringan dari kurva tegangan-regangan di wilayah deformasi elastis: Bahan kaku akan memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi. Di mana tegangan adalah gaya menyebabkan deformasi dibagi dengan daerah dimana gaya diterapkan dan regangan adalah rasio perubahan beberapa



15



parameter panjang yang disebabkan oleh deformasi ke nilai asli dari parameter panjang. Jika stres diukur dalam pascal , kemudian karena regangan adalah besaran tak berdimensi, maka Satuan untuk λakan pascal juga. Menentukan bagaimana stres dan regangan yang akan diukur, termasuk arah, memungkinkan untuk berbagai jenis modulus elastisitas untuk didefinisikan. Tiga yang utama adalah: Modulus Young ( E ) menjelaskan elastisitas tarik atau kecenderungan suatu benda untuk berubah bentuk sepanjang sumbu ketika stress berlawanan diaplikasikan sepanjang sumbu itu; itu didefinisikan sebagai rasio tegangan tarik terhadap regangan tarik. Hal ini sering disebut hanya sebagai modulus elastisitas saja. Modulus geser atau modulus kekakuan( G atau ) menjelaskan kecenderungan sebuah objek untuk bergeser (deformasi bentuk pada volume konstan) ketika diberi kekuatan yang berlawanan; didefinisikan sebagai tegangan geser terhadap regangan geser. Modulus geser modulus adalah turunan dari viskositas. Bulk modulus ( K ) menjelaskan elastisitas volumetrik, atau kecenderungan suatu benda untuk berubah bentuk ke segala arah ketika diberi tegangan seragam ke segala arah; didefinisikan sebagai tegangan volumetrik terhadap regangan volumetrik, dan merupakan kebalikan dari kompresibilitas. Modulus bulk merupakan perpanjangan dari modulus Young pada tiga dimensi. Tiga modulus elastisitas lain adalah modulus axial, parameter pertama Lame, dan modulus gelombang P. Bahan material homogen dan isotropik (sama di semua arah) memiliki sifat keelastisitasan yang dijelaskan oleh dua modulus elastisitas, dan satu dapat memilih yang lain. b. Plastisitas (plasticity) Adalah kemampuan material untuk mengalami deformasi plastik (perubahan bentuk secara permanen) tanpa mengalami kerusakan. Material yang mempunyai plastisitas tinggi dikatakan sebagai material yang ulet (ductile), sedangkan material yang mempunyai plastisitas rendah dikatakan sebagai material yang getas (brittle).



16



Gambar 2.8 Deformasi plastis dan elastis pada kurva tegangan-regangan (Sumber: https://ardra.biz/sain-teknologi/metalurgi/pembentukan-logam-metalforming/pengertian-deformasi-elastis-dan-plastis/) Deformasi terjadi bila bahan mengalami gaya. Selama deformasi, bahan menyerap energi sebagai akibat adanya gaya yang bekerja sepanjang deformasi. Sekecil apapun gaya yang bekerja, maka benda akan mengalami perubahan bentuk dan ukuran. Perubahan ukuran secara fisik ini disebut deformasi. Deformasi ada dua macam yaitu deformasi elastis dan deformasi plastis. Yang dimaksud deformasi elastis adalah deformasi yang terjadi akibat adanya beban yang jika beban ditiadakan, maka material akan kembali keukuran semula. Sedangkan deformasi plastis adalah deformasi yang bersifat permanen jika bebannya dilepas. Penambahan beban pada bahan yang telah mengalami kekuatan tertinggi tidak dapat dilakukan, karena pada kondisi ini bahan telah mengalami deformasi total. Jika beban tetap diberikanmaka regangan akan bertambah dimana material seakan menguat yang disebut dengan penguatan regangan (strain hardening) yang selanjutnya benda akan mengalami putus pada kekuatan patah. Sebuah plat yang diberi beban secara terus-menerus, secara bertahap akan mengalami deformasi. Pada awal pembebanan akan terjadi deformsi elastis sampai pada kondisi tertentu bahan akan mengalami deformasi plastis. Pada awal pembebanan bahan di bawah kekuatan luluh bahan akan kembali kebentuk semula, hal ini dikarenakan sifat elastis bahan. Peningkatan beban melebihi



17



kekuatan luluh (yield point) yang dimiliki plat akan mengakibatkan aliran deformasi plastis sehingga plat tidak akan kembali ke bentuk semula. 2.10



Definisi pada Pengujian Torsi Uji puntir (torsion test) adalah salah satu pengujian merusak yang



mengakibatkan suatu material mengalami patahan. Uji puntir sering digunakan untuk menguji bahan-bahan getas, misalnya baja-baja untuk perkakas, dan telah digunakan sebagai uji plintir suhu tinggi untuk menilai kemampuan tempaan suatu bahan. Uji puntir sangat bermanfaat untuk berbagai penggunaan dibidang teknik dan juga penelitian teoretis mengenai aliran plastik. Tujuan dilakukannya uji puntir diantaranya adalah : a. Menentukan sifat-sifat modulus elastisitas geser dari material b. Menentukan kekuatan luluh puntir c. Menentukan modulus pecah d. Menetukan tegangan alir (flow stress) dari material



2.11



Perkembangan Mesin Uji Puntir Hingga Saat Ini Pada sistem pembebanan berulang (bervariasi), terdapat beberapa faktor



yang berpengaruh terhadap kekuatan lelah suatu material. Faktorfaktor tersebut diantaranya: faktor konsenstrasi tegangan, kondisi permukaan, dimensi material, temperatur operasi dan jenis variasi pembebanan yang diterima. Karena efek konsentrasi tegangan, kegagalan lelah dapat terjadi dengan tegangan kerja yang besarnya jauh dibawah dari sepertiga kekuatan tarik statiknya (Surdia, 1992). Sedangkan terutama pada material baja, karena efek kondisi permukaan, dimensi material dan temperatur operasi besarnya harga-harga tersebut harus dimasukkan sebagai faktor pereduksi yang harus dikalikan dengan harga kekuatan lelah dari material yang digunakan (Darmawan, 1997). Pada berbagai penelitian yang telah dilakukan untuk memperbaiki sifat lelah material membuktikan bahwa pada pembebanan statik yang berupa tekanan internal pada struktur tabung gas (dengan material paduan 6351-T6) dapat



18



menyebabkan terbentuknya retak pada lokasi lipatan dan goresan. Retakan ini dapat menyebabkan terjadinya kebocoran bahkan ledakan (lam, dkk, 1994). Untuk itu dari hasil penelitian tersebut merekomendasikan perludilakukannya proses perlakukan permukaan yang dihubungkan dengan geomteri takik yang terjadi. Suhartono (2002) menyatakan lelah adalah kerusakan karena beban berulang atau perubahan struktur, dan progresif yang terjadi pada bahan yang dibebani dengan tegangan/regangan fluktuatif yang dapat mengakibatkan retak atau petahan setelah jumlah siklus tertentu. Kondisi pembebanan yang menyebabkan lelah adalah fluktuasi tegangan, getaran (vibrasi), regangan, temperatur atau salah satu unsur diatas di dalam lingkungan korosif atau pada suhu tinggi (Dieter,1986). Kerusakan karena lelah mulai terjadi sebelum terbentuknya suatu retak. Akibat beban siklus maka terjadi deformasi plastik (slip) secara lokal. Bila slip terjadi maka slip tersebut dapat terlihat pada permukaan logam sebagai suatu tangga (step) yang disebabkan oleh pergerakan logam sepanjang bidang slip. Demikian seterusnya maka lama kelamaan akan terjadi suatu retak. Siklus untuk menimbulkan awal retak dan penjalaran retak tergantung pada tegangan yang bekerja. Bila tegangan yang bekerja tinggi maka waktu terbentuknya awal retak akan lebih pendek. Bila tegangan yang sangat rendah maka hampir seluruh umur lelah digunakan untuk membentuk retak awal. Pada tegangan yang tinggi sekali retak terbentuk sangat cepat (Dieter, 1986). Faktor dasar agar terjadi kegagalan lelah adalah tegangan tarik maksimum yang cukup tinggi, variasi atau fluktuasi tegangan yang cukup besar dan siklus penerapan tegangan yang cukup besar. Faktor yang cenderung mengubah kondisi kelelahan yaitu kosentrasi tegangan, korosi, suhu, kelelahan bahan, struktur metalurgis, tegangan sisa dan tegangan kombinasi (Dieter, 1986). Faktor penyebab kerusakan atau kegagalan ditinjau dari bahan antara lain oleh kesalahan spesifikasi bahan/komposisi kimia, cacat pengecoran (porositas, inklusi, segregasi, retak, sobekan panas), cacat proses pembentukan (laminasi, seams, stringers, lap cracks) salah manufaktur dan laku panas (casting, metalworking, heat treatment, machining, joining/welding), pengerjaan akhir (coating, surface treatmen, mechanical finishing) dan terjadinya penurunan sifat mekanis (Suhartono, 2002). Kerusakan akibat kelelahan secara makro tidak 19



terlihat namun pertumbuhannya cepat dan sangat berbahaya. Penanggulangan kerusakan dapat dilakukan dengan menurunkan gaya/tegangan kerja melalui perbaikan disain (bentuk, geometri, dimensi), meningkatkan ketahanan bahan melalui pemilihan bahan yang sesuai, perbaikan proses manufaktur, perlakuan panas dan mengendalikan lingkungan seperti temperatur kerja, kotaminasi, dan lingkungan korosif Pada pengujian lelah terdapat suatu poros yang berputar, diberi beban lentur, akan mengalami tegangan tarik dan tekan pada setiap putaran dari poros tersebut. Kalau poros merupakan suatu bagian dari sebuah motor listrik yang berputar 800 rpm, poros tersebut mendapat tegangan tarik dan tekan 800 kali setiap menit. Kalau kondisi ini poros juga menerima beban aksial dari tegangan akan saling menambah dengan komponen tegangan lentur. Ini menghasilkan suatu tegangan pada setiap satu serat yang masih berubah-ubah, tetapi berubah antara harga yang berbeda. Bebanbeban ini dan jenis beban lainnya yang terjadi dalam anggota-anggota mesin menghasilkan tegangan yang disebut tegangan yang berulang, bolak-balik atau tegangan berfluktuasi (Shigley,1989). Suatu kegagalan lelah bermula dengan sebuah retak kecil. Retak permulaan ini begitu kecil sehingga tidak bisa dilihat oleh mata telanjang dan bahkan agak sulit ditemukan melalui pemeriksaan sinar X. Retak tersebut akan timbul pada titik ketidak mulusan pada bahan. Titik yang kurang jelas dimana kegagalan lelah mungkin timbul adalah pada tanda-tanda pemeriksaan atau cap, retak dalam atau bahkan ketidakberaturan karena pengerjaan mesin. Sekali waktu retak muncul, penngaruh pemusatan tegangan menjadi bertambah besar dan retak tersebut akan maju lebih cepat. Begitu ukuran luas yang menerima tegangan berkurang, tegangan bertambah besar sampai akhirnya luas yang tersisa tiba-tiba gagal menahan tegangan tersebut. Karena itu kegagalan lelah ditandai dari perkembangan retak yang ada dan kepatahan mendadak dengan daerah yang mirip perpatahan bahan rapuh (Shigley,1989) Pada pengujian lelah dengan pembebanan lentur putar membuktikan bahwa pada spesimen dengan berbagai bentuk dan dimensi takik, retak lelah diawali pada lokasi terjadinya efek konsentrasi tegangan. Adapun besarnya harga faktor konsentrasi tegangan (Kt) bergantung pada geometri takik. Semakin tajam sudut takik, harga faktor konsentrasi tegangan akan semakin



20



tinggi. Semakin besar harga Kt, kekuatan lelah spesimen akan semakin turun (Collins, 1980). 2.12



Contoh Aplikasi Penggunaan Torsi di Dunia Keteknikan



Contoh penerapan momen inersia dalam bidang keteknikan : 1. Jaw Crusher Jaw Crusher sendiri dipakai secara luas pada industri pertambangan, industri metal, konstruksi, pembangun jalan tol, pembangunan rel kereta dan industri kimia. Prinsip Kerja Mesin Jaw Crusher: Jaw Crusher bekerja mengandalkan kekuatan motor. Melalui roda motor, poros eksentrik digerakkan oleh sabuk segitiga dan slot wheel untuk membuat jaw plate bergerak seirama. Oleh karena itu, material dalam rongga penghancuran yang terdiri dari jaw plate, jaw plate yang bergerak dan side-lee board dapat dihancurkan dan diberhentikan melalui pembukaan pemakaian. 2. HPC Series Cone Crusher Mesin HPC seri cone crusher dengan efisiensi tinggi dan tekanan hidrolik secara luas digunakan di pertambangan, pabrik beton, industri pembuat batu pasirdan sebagainya. Kekuatan Tekanan perlawanan mesin di bawah 350Mpa. Mesin secara luas digunakan untuk penghancuran pertama dari berbagai jenis pertambangan dan batu seperti berbagai jenis bijih, beton, bahan tahan api, bauksit, kuarsit, korundum, perlite, batu besi, basal dan sebagainya. Prinsip Kerja Cone Crusher: Mesin Cone Crusher terdiri dari bingkai, perangkat transmisi, hollow eccentric shaft, bearing berbentuk mangkuk, penghancur berbentuk kerucut, springs dan tempat pengaturan tekanan hidrolik untuk mengatur discharging opening. Selama masa pengoperasian, motor menjalankan eccentric shaft shell untuk berbalik melalui poros horisontal dan sepasang bevel gear. Poros dari crushing cone berayunan dengan kekuatan eccentric shaft shell sehingga permukaan dari dinding penghancur berdekatan dengan dinding roll mortar dari



21



waktu ke waktu. Dalam hal ini, bijih besi dan batu akan tertekan dan kemudian hancur.



3. Impact Crusher Bisa digunakan material dengan panjang 500mm, tidak lebih dari 350Mpa anti-tekanan kekuatan. Impact crusher dapat digunakan dalam penghancuran pertama dan kedua. Selama proses pengoperasian, Rotor berkecepatan tinggi akan terbawa melalui motor listrik. Material akan ditimpa oleh Flat Hammer Monitor untuk dihancurkan, dan kemudian akan disalurkan untuk penghancuran kedua, kemudian akan dibuang melalui lubang pembuangan. Prinsip Kerja mesin Impact Crusher: Impact crusher bekerja menghancurkan material dengan kekuatan tabrakan. Ketika material memasuki area blow bar, material dihancurkan dengan kekuatan dan kecepatan tinggi blow bar dan dilempar ke impact plates dalam rotor untuk penghancuran kedua. Kemudian material akan terlempar kembali kedalam blow bar untuk penghancuran ketiga.Proses ini berlangsung terus menerus sampai material hancur sesuai dengan ukuran yang diinginkan dan keluar dari bagian paling bawah mesin.Ukuran dan bentuk dari bubuk akhir dapat diubah dengan mengatur jarak antara impact rack dan rotor support. Mesin dilengkapi pengaman self- weigh device yang terletak diframe belakang mesin. Ketika barang lain masuk dalam lubang impact, barang tersebut akan terlempar keluar dari mesin melalui impact rack yang terletak dibagian depan dan belakang mesin. 2.13



Faktor yang Mempengaruhi Kekerasan atau Keuletan Benda Kerja Kekerasan (bahasa Inggris: hardness) adalah ukuran ketahanan materi



padat terhadap berbagai perubahan bentuk permanen saat diterapkan gaya tekan. Beberapa materi (misalnya logam) lebih keras daripada yang lain (misalnya plastik). Kekerasan makroskopis pada umumnya ditandai oleh ikatan intermolekul yang kuat, namun perilaku materi padat di bawah tekanan adalah rumit. Oleh karena itu, ada pengukuran kekerasan yang berbeda: kekerasan goresan, kekerasan lekukan, dan kekerasan pantul. Kekerasan tergantung pada daktilitas, kekakuan 22



elastis, plastisitas, regangan, kekuatan, ketangguhan, vi koelastisitas, dan viskositas. Contoh umum dari materi keras adalah keramik, beton, logam tertentu, dan materi superkeras, yang merupakan lawan dari materi lunak. Ilmu material, keuletan adalah kemampuan bahan padat untuk mengalami peregangan sebelum menjadi putus di bawah tegangantarik; ini sering ditandai oleh kemampuan materi untuk meregang menjadi kawat. Sebaliknya, kelenturan, properti yang sama, adalah kemampuan bahan untuk berubah bentuk di bawah tegangan tekan; sering ditandai oleh kemampuan material untuk membentuk lembaran tipis dengan dipukul atau digulung. Kedua sifat ini merupakan aspek mekanis plastisitas, sejauh mana bahan padat dapat mengalami deformasi plastis tanpa patah. Karakteristik keuletan dan kelenturan suatu material juga tergantung pada suhu dan tekanan. Hubungan ini oleh ditemukan oleh Percy Williams Bridgman yang kemudian memenangkan Hadiah Nobel. Keuletan dan kelenturan tidak selalu berbanding lurus, semisal emas memiliki keuletan dan juga kelenturan tinggi, namun timbal memiliki keuletan rendah dan sebaliknya kelenturan yang tinggi. Kekerasan dan keuletan suatu material logam dipengaruhi oleh beberapa hal diantaranya : 1. Kadar Karbon Semakin tinggi kadar karbon, maka logam akan semakin keras namun rapuh. Kadar karbon sebesar 0,6 – 1% merupakan kadar karbon yang sangat berpengaruh pada kekerasan logam. Setelah lebih dari 1% maka kadar karbon tidak berpengaruh pada nilai kekerasannya. 2. Unsur paduan Unsur paduan akan mempengaruhi sifat mekanik baja, beberapa unsure paduan yang terdapat pada baja beserta pengaruhnya pada sifat mekanik antara lain: a. Nikel, fungsi:



23



Meningkatkan kekuatan dan kekerasan baja Meningkatkan ketahanan korosi Meningkatkan keuletan dan tahan gesek b. Chromium, fungsi: Menambah kekerasan baja Membentuk karbida Menambah keelastisan, sehingga baik buat pegas c. Mangan, fungsi: Meningkatkan kekerasan Meningkatkan ketahanan terhadap suhu tinggi Membuat baja mengkilap 3. Perlakuan panas Pengaruh perlakuan akan mempengaruhi kekerasan logam tergantung dari perlakuan apa yang diberikan. Annealing akan menurunkan kekerasan baja. Hardening akan meningkatkan kekerasan baja. Tempering akan menurunkan kekerasan baja dibawah perlakuan panas Hardening. Normalising akan meningkatkan kekerasan baja dibandingkan keadaan awal baja atau baja tanpa perlakuan panas. 4. Bentuk dan dimensi butir Material dengan ukuran butir kecil akan memiliki kekerasan yang tinggi sedangkan butir besar akan memiliki kekerasan yang rendah. Material dengan butir halus akan memiliki kekerasan tinggi dibandingkan dengan material dengan butir kasar. 2.14



Pengaplikasian Dalam Software Komputer yang Berkaitan dengan Praktikum Uji Puntir



24



Salah satu pengaplikasian uji punter pada system computer adalah TNSDW Series Micro Computer Controlled Torsion Testing Machine Mesin uji ini menggunakan sistem AC servo dikendalikan komputer Jepang dan dimuat melalui aktif penjepitan kepala digerakkan oleh motor servo AC dan motor pinwheel redution cycloidal. Torsi dan sudut torsi diukur dengan presisi tinggi torsi dan encoder transduser fotoelektrik.



Gambar 2.9 TNS-DW Series Micro Computer Controlled Torsion Testing Machine (Sumber: https://www.ec21.com/product-details/TNS-WP100000-SpringTorsion-Fatigue--9008316.html) Komputer dinamis akan menampilkan kurva uji torsi, pembebanan kecepatan, nilai puncak, dan sebagainya. Hal ini terutama digunakan untuk uji torsi dari logam dan bahan non-logam, serta uji torsi untuk suku cadang dan komponen. Ini merupakan sebuah instrumen penting untuk mengukur torsi sifat mekanik bahan untuk laboratorium industri penerbangan, industri konstruksi, departemen penelitian ilmiah, universitas atau perusahaan industri. 2.15



Teori Mengenai PLX-DAQ PLX-DAQ adalah free software yang digunakan penulis untuk mencatat



dataserial yang dikirim oleh arduino uno ke komputer (Parallax, 2012). Berikut



25



contohformat data serial yang dikirimkan agar PLX-DAQ mencatat data di microsoft excelsesuai keinginan. Untuk memakainya pertama-tama harus menentukan baudrateyang akan digunakan, baudrate ini harus dicocokkan dengan baudrate pada programPLX-DAQ, sebagai contoh jika pada arduino uno dikonfigurasi baudrate dengannilai 38400, maka pada software PLX-DAQ juga harus menggunakan baudrateyangsama.



Gambar 2.10 PLX-DAQ (Sumber: http://inhwan2.blogspot.com/2014/04/blog-post.html)



2.16



Contoh Soal



1. Dua roda silinder dengan jari-jari r1 = 30 cm dan r2 = 50 cm disatukan dengan sumbu yang melewati pusat keduanya, seperti pada gambar. Hitunglah momen gaya total pada roda gabungan ! Penyelesaian:



Diketahui: r1 = 30 cm = 0,3 m



26



r2 = 50 cm = 0,5 m F1 = -50 N (berlawanan arah jarum jam) F2 = +50 N (searah jarum jam)



Ditanya: Στ = … ? Jawab: Komponen gaya F2 yang tegak lurus r2 adalah: F2 sin 60 derajat sehingga: Στ = τ2 – τ1 = r2 . F2 sin 60 o – r1 F1 = 0,5 x 50 x (1/2 √3) – (0,3 x 50) = 6,65 Nm2 2. Tentukan momen gaya yang dialami benda pada gambar di bawah ini!



Penyelesaian : Pada gambar di atas, momen gayanya searah yaitu sama-sama searah jarum jam sehingga resultan momen gayanya merupakan jumlah dari semua torsi yang bekerja. Στ = 6 (6 x 10-2) + 4 (0) + 10 (2 x 10-2) ⇒ Στ = 36 x 10-2 + 20 x 10-2 ⇒ Στ = 56 x 10-2 Nm ⇒ Στ = 0,56 Nm.



27



3. Jika diketahui jarak F1 ke P = 4 m dan Jarak F2 ke P = 2 m, maka tentukan torsi total yang dialami benda pada gambar di bawah ini!



Penyelesaian : Karena F2 belum tegak lurus dengan lengannya maka harus diproyeksikan terlebih dahulu menjadi F2x dan F2y seperti di bawah ini.



Dari gambar di atas jelas terlihat bahwa gaya yang tegak lurus dengan lengannya hanya F2y dan F1 sedangkan F2 dan F2x tidak memenuhi syarat. Dengan begitu, maka momen gaya totalnya adalah : Στ = τ2y + τ1 ⇒ Στ = F2 sin 30o (2) + F1 (4) ⇒ Στ = 20 (½) (2) + 10 (4) ⇒ Στ = 20 + 40 ⇒ Στ = 60 Nm. 4. Sebuah batang homogen bermassa 3 kg dan panjang 40 cm, diberi beban 2 kg pada salah satu ujungnya dan ujung lainnya sebagai tumpu. Jika F sebesar 280 N



28



mengarah ke atas bekerja pada jarak 5 cm dari titik tumpu, maka hitunglah momen gayanya. Penyelesaian : Ingat bahwa batang memiliki gaya berat yang arahnya ke bawah dan akan berkontribusi dalam perhitungan momen gaya karena gaya berat tegak lurus dengan lengannya. Jika digambarkan, gaya-gaya yang bekerja akan seperti di bawah ini.



Dari gambar di atas terlihat bahwa torsi akibat gaya berat searah dengan jarum jam sedangkan torsi akibat gaya ke atas berlawan dengan arah jarum jam sehinga momen gaya total adalah : Στ = 20 (0,4) + 30 (0,2) − 280 (0,05) ⇒ Στ = 8 + 6 − 14 ⇒ Στ = 14 − 14 ⇒ Στ = 0. Dengan begitu berarti batang tidak berputar atau berada dalam kesetimbangan. 5. Jika poros perputaran oleh gaya-gaya yang bekerja berada pada titik pusat persegi, maka hitunglah momen gaya total.



29



Penyelesaian : Pada gambar di atas, gaya yang sudah memenuhi syarat yaitu tegak lurus dengan lengan gayanya adalah F2 dan F3. F1 jelas tidak memenuhi syarat dan torsinya sama dengan nol. Sedangkan F4 harus diproyeksikan terlebih dahulu menjadi F4x dan F4y sebagai berikut.



Dari gambar jelas terlihat bahwa F4x dan F4y memenuhi syarat yaitu tegak lurus dengan lengannya. Jika R2 adalah lengan F2, R3 adalah lengan F3, R4x adalah lengan F4x dan R4y adalah lengan F4y, maka resultan torsinya adalah : Στ = τ2 + τ3 + τ4x − τ4y ⇒ Στ = 20 (0,1) + 10 (0,2) + F4 cos 45o (0,1) − F4 sin 45o (0,2) ⇒ Στ = 2 + 2 + 40√2 (½√2) (0,1) − 40√2 (½√2) (0,2) ⇒ Στ = 4 + 4 − 8 ⇒ Στ = 0. 6. Batang AB memiliki panjang 10 meter dengan poros di titik B diberikan gaya 20 N membentuk sudut siku-siku terhadap batang. Besar torsi yang dialami oleh batang AB adalah… Penyelesaian: Besar torsi yang dialami oleh batang dengan gaya membentuk sudut siku-siku di dapatkan dari persamaan torsi τ = F. r. Sin α ( karena α = 90o) τ = F. r τ = 20 N. 10 m



30



τ = 200 Nm 7. Momen gaya yang dialami oleh sistem seperti pada gambar di bawah ini saat poros ada pada titik O adalah…



Penyelesaian: Titik O sebagai acuan. Jika putaran yang searah jarum jam bernilai positif, maka arah torsi juga kita tulis + dan sebaliknya. τ = – τ1 + τ2 τ = – F1 r1 Sin 30 + F2 r2 Sin 90 τ = – 12. 2. ½ + 8. 5. 1 τ = – 12 + 40 τ = + 28 Nm tanda + menunjukan arah putaran akibat torsi di titik O searah jarum jam. 8. Perhatikan gambar di bawah ini!



31



Sebuah batang homogen memiliki panjang 4 m. Tiap ujung batang dikenakan gaya F = 30 N. Maka besar momen kopel gaya pada batang adalah… Penyelesaian : Untuk mencari momen kopel kita menggunakan rumus M = F. d Keterangan: M = Momen kopel F = Gaya kopel d = panjang lengan kopel Maka, M = 30. 4 = 120 Nm 9. Batang AB memiliki panjang 10 meter dengan poros di titik B diberikan gaya 20 N membentuk sudut siku-siku terhadap batang. Besar torsi yang dialami oleh batang AB adalah... Penyelesain: Besar torsi yang dialami oleh batang dengan gaya membentuk sudut siku-siku di dapatkan dari persamaan torsi τ = F. r. Sin α ( karena α = 90o) τ = F. r τ = 20 N. 10 m τ = 200 Nm 10. Momen gaya atau torsi adalah besaran fisika pada gerak melingkar yang analogi dengan… Jawaban: Berdasarkan penjelasan soal no 1, maka kita dapat analogikan momen gaya atau torsi dengan gaya pada gerak lurus, karena yang menyebabkan benda dapat bergerak lurus adalah karena adanya gaya.



32



BAB III ALAT DAN BAHAN



1.1



Alat Peralatan yang dipakai pada saat pelaksanaan praktikum adalah sebagai



berikut: 1. Mesin uji torsi



Gambar 3.1 Mesin uji torsi Keterangan: 1. Jarum penunjuk beban 2. Tombol power 3. Tombol pencatat grafik 4. Tombol mulai/berhenti torsi 5. Tombol arah torsi



33



6. Penunjuk RPM 7. Chuck



2. Kunci chuck



Gambar 3.2 Kunci chuck Keteraangan: 1. Kunci chuck 3. Vernier Caliper / Jangka sorong



Gambar 3.3 Jangka sorong Keterangan: 1. Jangka sorong 4. Masker



34



Gambar 3.4 Masker Keterangan: 1. Masker 5. Tipe-X



Gambar 3.5 Tipe-X Keterangan: 1. Tipe-X 6.



Penggaris



Gambar 3.6 Penggaris Keterangan: 1. Penggaris 7.



Kacamata safety



35



Gambar 3.7 Kacamata safety Keterangan: 1. Kacamata safety



3.2



Bahan Bahan yang dipakai pada saat pelaksanaan praktikum adalah ST-60.



Gambar 3.8 Spesimen berbahan ST-60



Keterangan: 1. Benda kerja ST-60



36



BAB IV PROSEDUR PERCOBAAN



1. Permukaan specimen dibersihkan dengan kertas pasir. 2. Diameter specimen diukur dengan menggunakan jangka sorong sebanyak 5 kali pada titik yang berbeda untuk selanjutnya dirata-ratakan. 3. Panjang specimen diukur sebelum dilakukan percobaan. 4. Specimen kemudian dipasang pada Scroll Chuck, usahakan specimen dalam keadaan horizontal. 5. Mencatat jarum penunjuk dari scale ring sebelum motor dihidupkan. 6. Sesaat sebelum motor digerakkan, tekan tombol connect pada aplikasi PLXDAQ di komputer agar data dapat direkam. 7. Menghidupkan motor penggerak dan kecepatan mesin perlahan-lahan dinaikkan hingga mencapai 1000 rpm. 8. Tunggu sampai benda putus. 9. Simpan hasil yang terekam di computer sampai benda terputus.



37



BAB V HASIL PERCOBAAN DAN ANALISA



5.1



Lampiran Data Sheet Dari Percobaan (Terlampir)



5.2



Grafik Hasil Uji Torsi (Terlampir)



5.3



Analisa Pada Daerah Plastis



Drata-rata =



8,1+8,1+8,1+7,9 + 7,85 5



Lrata-rata =



= 8,01 𝑚𝑚 ≅ 8 𝑚𝑚



0+24,6+25,5+26,3+27 5



= 20,68 𝑚𝑚



𝜋



J = 32 × (𝐷𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎)4 =



3,14 32



× 84 = 401,92 𝑚𝑚4



A. Dik: 𝜃 = 112o = 1,95 rad, Mt = 3811,4 kgf.mm, 𝜏 = 37,71 x 103 Nmm Dit: G dan ? Jawab: G=



𝑀𝑡 𝑥 𝐿𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝐽𝑥𝜃



=



3811,4 𝑥 20,68 401,92 𝑥 1,95



= 100,56 kgf/mm2.rad



𝜏



𝛾=𝐺=



37,71 𝑥 103 𝑁𝑚𝑚 𝑘𝑔𝑓 .𝑟𝑎𝑑 𝑚𝑚2



100,56



= 3,75 x 102 rad B. Dik: 𝜃 = 115o = 2 rad, Mt = 3815,6 kgf.mm, 𝜏 = 37,43 x 103 Nmm Dit: G dan ? Jawab: G=



𝑀𝑡 𝑥 𝐿𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝐽𝑥𝜃



=



3815,6 𝑥 20,68 401,92 𝑥 2



2



= 98,16 kgf/mm .rad



38



𝜏



𝛾=𝐺=



37,43 𝑥 103 𝑁𝑚𝑚 𝑘𝑔𝑓 .𝑟𝑎𝑑 𝑚𝑚2



98,16



= 3,81 x 102 rad C. Dik: 𝜃 = 118o = 2,05 rad, Mt = 3820,6 kgf.mm, 𝜏 = 37,48 x 103 Nmm Dit: G dan ? Jawab: G=



𝑀𝑡 𝑥 𝐿𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝐽𝑥𝜃



=



3820,6 𝑥 20,68 401,92 𝑥 2,05



= 95,89 kgf/mm2.rad



𝜏



𝛾=𝐺=



37,48 𝑥 103 𝑁𝑚𝑚 𝑘𝑔𝑓 .𝑟𝑎𝑑 𝑚𝑚2



95,89



= 3,9 x 102 rad D. Dik: 𝜃 = 121o = 2,11 rad, Mt = 3825,9 kgf.mm, 𝜏 = 37,53 x 103 Nmm Dit: G dan ? Jawab: G=



𝑀𝑡 𝑥 𝐿𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝐽𝑥𝜃



=



3825,9 𝑥 20,68 401,92 𝑥 2,11



= 93,29 kgf/mm2.rad



𝜏



𝛾=𝐺=



37,53 𝑥 103 𝑁𝑚𝑚 𝑘𝑔𝑓 .𝑟𝑎𝑑 𝑚𝑚2



93,29



= 4,02 x 102 rad E. Dik: 𝜃 = 124o = 2,16 rad, Mt = 3830,9 kgf.mm, 𝜏 = 37,58 x 103 Nmm Dit: G dan ? Jawab: G=



𝑀𝑡 𝑥 𝐿𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝐽𝑥𝜃



=



3830,9 𝑥 20,68 401,92 𝑥 2,16



= 91,25 kgf/mm2.rad



𝜏



𝛾=𝐺=



37,58 𝑥 103 𝑁𝑚𝑚 𝑘𝑔𝑓 .𝑟𝑎𝑑 𝑚𝑚2



91,25



= 4,11 x 102 rad



39



Tabel 5.1 Analisa daerah plastis No 1 2 3 4 5



𝜃(degree) Mt(kgf.mm) 112 3811,4 115 3815,6 118 3820,6 121 3825,9 124 3830,9



𝜏(Nmm x 103) 37,71 37,43 37,48 37,53 37,58



G(kgf/mm2.rad) 100,56 98,16 95,89 93,29 91,25



𝛾(𝑟𝑎𝑑 x 102) 3,75 3,81 3,9 4,02 4,11



Grafik Mt vs𝛾 (terlampir) Grafik 𝜏 vs 𝛾 (terlampir) Grafik G vs 𝛾 (terlampir)



5.4



Analisa Pada Daerah Elastis Drata-rata = Lrata-rata = J= =



𝜋 32



8,1+8,1+8,1+7,9 + 7,85 5 0+24,6+25,5+26,3+27 5



= 8,01 𝑚𝑚 ≅ 8 𝑚𝑚 = 20,68 𝑚𝑚



× (𝐷𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎)4



3,14 32



× 84 = 401,92 𝑚𝑚4



A. Dik: 𝜃 = 20o = 0,35 rad, Mt = 2902 kgf.mm, 𝜏 = 28,47 x 103 Nmm Dit: G dan ? Jawab: G=



𝑀𝑡 𝑥 𝐿𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝐽𝑥𝜃



2902 𝑥 20,68



= 401,92 𝑥 0,35



= 426,61 kgf/mm2.rad



𝜏



𝛾=𝐺=



28,47 𝑥 103 𝑁𝑚𝑚 𝑘𝑔𝑓 .𝑟𝑎𝑑 𝑚𝑚2



426,61



= 0,66 x 102 rad B. Dik: 𝜃 = 22o = 0,38 rad, Mt = 3065,2 kgf.mm, 𝜏 = 30,07 x 103 Nmm Dit: G dan ? Jawab:



40



G=



𝑀𝑡 𝑥 𝐿𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝐽𝑥𝜃



=



3065,2 𝑥 20,68 401,92 𝑥 0,38



= 415,03 kgf/mm2.rad



𝜏



𝛾=𝐺=



30,07 𝑥 103 𝑁𝑚𝑚 𝑘𝑔𝑓 .𝑟𝑎𝑑 𝑚𝑚2



415,03



= 0,72 x 102 rad C. Dik: 𝜃 = 24o = 0,42 rad, Mt = 3196,9 kgf.mm, 𝜏 = 31,36 x 103 Nmm Dit: G dan ? Jawab: G=



𝑀𝑡 𝑥 𝐿𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝐽𝑥𝜃



=



3196,9 𝑥 20,68 401,92 𝑥 0,42



= 391,64 kgf/mm2.rad



𝜏



𝛾=𝐺=



31,36 𝑥 103 𝑁𝑚𝑚 𝑘𝑔𝑓 .𝑟𝑎𝑑 𝑚𝑚2



391,64



= 0,8 x 102 rad D. Dik: 𝜃 = 26o = 0,45 rad, Mt = 3274 kgf.mm, 𝜏 = 32,12 x 103 Nmm Dit: G dan ? Jawab: G=



𝑀𝑡 𝑥 𝐿𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝐽𝑥𝜃



3274 𝑥 20,68



= 401,92 𝑥 0,45



= 374,35 kgf/mm2.rad



𝜏



𝛾=𝐺=



32,12 𝑥 103 𝑁𝑚𝑚 𝑘𝑔𝑓 .𝑟𝑎𝑑 𝑚𝑚2



374,35



= 0,85 x 102 rad E. Dik: 𝜃 = 28o = 0,49 rad, Mt = 3322,1 kgf.mm, 𝜏 = 32,59 x 103 Nmm Dit: G dan ? Jawab: G=



𝑀𝑡 𝑥 𝐿𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝐽𝑥𝜃



=



3322,1 𝑥 20,68 401,92 𝑥 0,49



2



= 348,84 kgf/mm .rad



𝜏



𝛾=𝐺=



32,59 𝑥 103 𝑁𝑚𝑚 𝑘𝑔𝑓 .𝑟𝑎𝑑 𝑚𝑚2



348,84



41



= 0,93 x 102 rad Tabel 5.2 Analisa daerah elastis No 1 2 3 4 5



𝜃(degree) Mt(kgf.mm) 20 2902 22 3065,2 24 3196,9 26 3274 28 3322,1



𝜏(Nmm x 103) 28,47 30,07 31,36 32,12 32,59



G(kgf/mm2.rad) 426,61 415,03 391,64 374,35 348,84



𝛾(𝑟𝑎𝑑 x 102) 0,66 0,72 0,8 0,85 0,93



Grafik Mt vs 𝛾 (terlampir) Grafik 𝜏 vs 𝛾 (terlampir) Grafik G vs 𝛾 (terlampir)



42



1. Analisa daerah plastis



𝛾(rad)



Grafik Mt vs 𝛾 4.5 4.25 4 3.75 3.5 3.25 3 2.75 2.5 2.25 2 1.75 1.5 1.25 1 0.75 0.5 0.25 0 3810 3812 3814 3816 3818 3820 3822 3824 3826 3828 3830 3832



Mt(kgf.mm)



𝛾(rad)



Grafik 𝜏 vs 𝛾 4.5 4.25 4 3.75 3.5 3.25 3 2.75 2.5 2.25 2 1.75 1.5 1.25 1 0.75 0.5 0.25 0 37 37.0537.137.1537.237.2537.337.3537.437.4537.537.5537.637.6537.737.75



𝜏(Nmm)



43



𝛾(rad)



Grafik G vs 𝛾 4.5 4.25 4 3.75 3.5 3.25 3 2.75 2.5 2.25 2 1.75 1.5 1.25 1 0.75 0.5 0.25 0 90



91



92



93



94



95



96



97



98



99



100



101



102



G(kgf/mm2.rad)



2. Analisa daerah elastis Grafik Mt vs 𝛾 1 0.9 0.8



𝛾(rad)



0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 2850



2900



2950



3000



3050



3100



3150



3200



3250



3300



3350



Mt(kgf.mm)



44



𝛾(rad)



Grafik 𝜏 vs 𝛾 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 28



28.5



29



29.5



30



30.5



31



31.5



32



32.5



33



𝜏(Nmm)



Grafik G vs 𝛾 1 0.9 0.8



𝛾(rad)



0.7 0.6 0.5



0.4 0.3 0.2 0.1 0



300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430



G(kgf/mm2.rad)



45



BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN



6.1



Kesimpulan



1. Specimen standar untuk uji puntir adalah ASTM E 143 2. Specimen mengalami perubahan dimensi setelah dilakukan uji puntir yangdiakibatkan oleh pemasangan specimen yang kurang tepat dan alat uji yang belumdikalibrasi. 3. Nilai kekerasan specimen meningkat setelah dilakukan uji puntir.



6.2



Saran Adapun saran yang didapat setelah mengikuti praktikum ini adalah



seharusnya praktikan lebih banyak mempelajari tentang Analisa data agar perhitungan yang dilakukan benar.



46



DAFTAR PUSTAKA



GEORGE E. DIETER, JR. Professor,1961, Metallurgi and Metallurgical Engineering,New York,



Head of Department of Metallurgical



Engineering Drexel Institute of Technologij MF Spotts,1985,Design Of Machine Elements,Nortwetern.Prentice Hall Engle Wood Cliffs VJ Colangelo,1974,Analysis Of Metallurgical Failures,Canada,Interscience Publication http://www.academia.edu/15400218/Bahan_uji_puntir_perlakuan_panas



47