Laporan Uji Fatigue Matrek [PDF]

Citation preview

TUGAS PENDAHULUAN MODUL E UJI FATIGUE



KELOMPOK



OLEH : 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 Kegagalan suatu material selama ini kebanyakan disebabkan oleh beban dinamik.



Pembebanan dinamik adalah suatu pembebanan dengan



melibatkan tegangan aksial (tarik-tekan), fleksural (bending) dan torsional (puntiran) yang berfluktuasi. Meskipun tegangan yang diterima oleh material lebih rendah dari harga tegangan luluhnya, kegagalan dapat saja terjadi pada suatu saat. Kegagalan yang disebabkan oleh beban dinamik ini disebut dengan fatigue failures. Banyak komponen dan elemen mesin didesain dengan memberikan perhatian yang besar terhadap beban yang dinamik. Contoh komponen yang mengalami beban dinamik adalah jembatan, kompresor, Turbine Blade, serta pompa. Dengan berjalannya waktu, serta periode pembebanan yang berulang-ulang, setiap komponen itu akan dapat mengalami kegagalan tanpa ada tanda yang jelas dan mudah diamati.



2.



Tujuan Praktikum 1)



Mengetahui perilaku material oleh beban dinamik



2)



Mengetahui metode untuk menentukan kekuatan lelah serta batas lelah suatu material



3)



Memahami mekanisme dan bentuk patahan suatu material akibat fatigue failure



BAB II TEORI DASAR



Batas lelah merupakan batas tegangan suatu spesimen saat spesimen tersebut masih dapat menerima tegangan bolak-balik yang tak hingga tanpa terjadi patah. Batas lelah material dapat ditentukan dari pengujian lelah lentur putar ( rotary



bending fatique test) terhadap beberapa specimen uji. Beban yang diberikan pada masing-masing specimen uji dibuat berbeda-beda. Bentuk penampang patahan akibat pembebanan dinamik dapat dicirikan oleh adanya : a.



Retakan awal (crack inisiation)



b.



Daerah rambatan retak (crack growth)



c.



Daerah beban berlebih (overload area)



Pada konstruksi dan elemen mesin yang menerima beban dinamik, tegangan yang terjadi di dalamnya akan berubah-ubah. Bila besarnya tegangan yang berubah-ubah tersebut melampaui batas lelah material maka kostruksi atau elemen mesin akan rusak pada kurun waktu tertentu. Jenis beban dinamik sinusoidal ditunjukkan pada gambar berikut : a.



Beban tegangan bolak-balik (reversed stress)



b.



Beban tegangan berulang (repeated stress)



c.



Beban tegangan tidak beraturan (random stress)



Tiga factor utama penyebab kelelahan adalah (1) tegangan maksimum bernilai tinggi, (2) variasi tegangan, (3) siklus tegangan yang besar. Selain itu terdapat banyak variable lain seperti konsentrasi tegangan, temperature, overload, struktur metalurgi, tegangan sisa, dan tegangan kombinasi. Fatigue limit atau batas lelah material basis besi dan bukan besi dapat diketahui dari kurva S-N yaitu kurva tegangan (S) terhadap banyaknya siklus (N). Berikut adalah kurva S-N :



Berdasarkan kurva S-N kita dapat memperoleh persamaan-persamaan sebagai berikut: Range of stress:



 r   max   min Alternating stress:



a 



r 2







 max   min 2



Mean stress:



m 



 max   min 2



Stress Ratio



R 



 min  max



Amplitude ratio



A







 a 1 R   m 1 R



BAB III DATA PERCOBAAN



Material



: ST 37



Nama Mesin



: Tarno Grochi



Dari data yang diberikan asisten, didapat :



No.



σmax



σmin



σm



σr



σa



R



A



1



20



-100



-40



120



60



-5



-1.5



2



100



60



80



40



20



0.6



0.25



3



250



-100



75



350



175



-0.4



2.33



4



150



25



87.5



125



62.5 0.167



5



150



-50



50



200



100



6



200



-125



37.5



325 162.5 -0.63



4.33



7



100



75



87.5



25



0.14



12.5



-0.33 0.75



0.71 2



KURVA GOODMAN 500 400 Tensile Strength 300 Yield strength 200 100 0 -500



-400



-300



-200



-100



0 -100 -200 -300 -400 -500 -600 -700



Tensile strength (σu)



: 370 MPa



Yield strength (σ y )



: 285 MPa



σe = σ f =



1  u =185 Mpa 2



100



200



300



400



500



BAB IV ANALISIS



Diagram Goodman :



σu σy σmax



σmin



Diagram Goodman untuk material St-37



Diagram Goodman dari data yang diberikan :



σu



σu



σy



σy



σmax = 20



σmax = 100



Data 1



Data 2



σmin = -100



σmin = 60



σu



σu



σy



σy



σmax = 250



σmax = 150



Data 3 Data 4 σmin = -100



σmin = 25



σu



σu



σy



σy



σmax = 150



σmax = 200



Data 6 Data 5 σmin = -125



σmin = -50



σu σy σmax = 100



Data 7 σmin = 75



Dari kurva-kurva diatas dapat dilihat terdapat beberapa kondisi pembebanan berada didalam batas aman sehingga material tidak mengalami kerusakan karena tegangan.



Tugas Setelah Praktikum 1.



Asisten akan membebankan data hasil uji lelah terhadap material, dengan menggunakan data tersebut gambarkan kurva tegangan terhadap jumlah siklus (kurva S – N)



Jawab: Kurva tegangan terhadap jumlah siklus (kurva S-N)



Stress 



E



106



2.



Number of cycle to failure



Tentukan batas lelah dari soal no.1!



Jawab: Batas Lelah (Fatigue Limit) σe = σ f =



3.



1  u =185 Mpa 2



Dengan menggunakan buku standar material atau literature lainnya, ambil harga kekuatan tarik (u ) dan batas luluh material (y) soal no. 1!



Jawab : Kekuatan tarik (σu) dan batas luluh material (σy) σu = 370 MPa



σy = 285 MPa 4.



Buatlah analisa permukaan patahan dari spesimen yang saudara gunakan dalam pengujian ini!



Jawab: Analisis permukaan patahan spesimen Dalam uji fatigue ini praktikan tidak melakukan pengujian secara langsung, spesimen.



sehingga



tidak



dapat



mengamati



permukaan



patahan



Tugas Tambahan Jika pada permukaan material terdapat crack yang berarti fatigue life rendah, bagaimana cara meningkatkan fatigue life pada suatu material? Memperhalus permukaan dan mengurangi beban yang diberikan



BAB V KESIMPULAN







Dengan melakukan pengujian fatigue dapat ditentukan batas lelah dari suatu material, sehingga dapat diketahui berapa batas beban tertentu dimana material tersebut tetap aman untuk digunakan.







Dari kurva Goodman suatu material tidak akan mengalami deformasi plastis apabila suatu titik terdapat di dalam area beban yaitu area di antara garis σ max, garis σ min dan titik σ y . Bila suatu titik terletak di luar area tersebut maka material akan mengalami deformasi plastis atau patah.







Fatigue limit ST 37 yang diperoleh dari hasil perhitungan diatas adalah 185 MPa. Fatigue limit atau endurance limit adalah setengah dari kekuatan tarik (tensile strenght).