Tegangan Dan Regangan Termal [PDF]

Citation preview

Definisi stres termal “Tegangan termal adalah tegangan pada material karena perubahan suhu dan tegangan ini akan menyebabkan deformasi plastis pada material.”



Persamaan tegangan termal | Rumus tegangan termal: Stres yang disebabkan karena perubahan suhu: σ = Eα∆T Didokumentasikan bahwa perubahan suhu akan menyebabkan elemen membesar atau berkontraksi dan jika pertambahan panjang batang seragam dengan panjang L dan ∆L adalah perubahan panjang f karena suhu telah diubah dari T0 menjadi T maka ∆L dapat direpresentasikan sebagai ∆L = αL (T - T0) dimana α adalah koefisien muai panas.



Unit stres termal: Satuan SI: N / m ^ 2



Analisis Termal: Analisis termal bertujuan untuk mempelajari perilaku material setelah menerapkan pembebanan termal dan tegangan termal. Untuk mempelajari perpindahan panas dalam suatu objek atau antar objek dan analisis termal digunakan untuk pengukuran suhu, gradien termal, dan distribusi fluks panas tubuh.



Jenis analisis termal: Ada dua macam analisis termal:



Analisis termal kondisi-mapan:



Analisis termal kondisi-mapan bertujuan untuk mengetahui distribusi fluks suhu atau panas pada struktur ketika kesetimbangan tercapai.



Analisis termal transien: Analisis termal transien set bengkok menentukan riwayat waktu bagaimana profil suhu dan kuantitas termal lainnya berubah seiring waktu Selain itu, pemuaian atau kontraksi termal bahan rekayasa sering kali mengakibatkan stres termal dalam struktur, yang dapat diperiksa dengan melakukan analisis tegangan termal.



Pentingnya stres termal: Analisis Tegangan Termal sangat penting untuk menentukan tegangan termal akibat perubahan suhu dalam struktur. Kami dapat melanjutkan ke Selesaikan Persamaan K. T = q ⦁ Untuk mendapatkan bidang perubahan suhu, mulailah menerapkan perubahan suhu ΔT sebagai regangan awal ⦁ Hubungan tegangan-regangan akibat perubahan suhu ditentukan dengan terlebih dahulu menggunakan bahan case 1D. Regangan termal (atau regangan awal): εo = αΔT



Analisis termal mesin berpendingin air: Langkah-langkah berikut diikuti setelah menyelesaikan spesifikasi mesin.  Desain sistem inti air dan inti kepala.  Desain sistem liner. (Berdasarkan parameternya seperti lubang, stoke dan ketebalan, dll.)  Desain pompa air dan instalasi.  Desain sistem pendingin dan subsistemnya seperti radiator, kipas angin, desain oil-cooler.



Aspek analisis termal blok mesin:



 Kecepatan air jembatan katup kepala silinder (desain penampang dalam inti headwater).  Analisis aspek pendinginan piston dan katup.  Analisis kavitasi liner.  Analisis desain paking kepala silinder.



Pelapukan tekanan termal: Pelapukan tegangan termal adalah fraktur termal yang merupakan kerusakan mekanis batuan akibat pemuaian atau kontraksi termal yang disebabkan oleh perubahan suhu.



Proses penghilang stres termal: Proses heat treatment digunakan untuk mengurangi tegangan termal sisa pada material. Pertama, bagian tersebut perlu dipanaskan pada suhu 1100-1200 derajat F, yang akan menghilangkan tekanan dan menahannya di sana selama satu jam per inci dengan ketebalan, dan kemudian dibiarkan dingin di udara yang tenang pada suhu.



Ekspansi termal: Ketika suatu material padat mengalami peningkatan temperatur atau perbedaan temperatur, maka volume struktur material padat bertambah, fenomena ini disebut sebagai ekspansi termal dan kenaikan volume ini akan menyebabkan peningkatan tegangan pada struktur. Koefisien Ekspansi Termal:  (Koefisien Rata-rata Linear untuk Rentang Suhu 0–100 ° C):  Aluminium: 23.9(10) −6 Kuningan, cor: 18.7(10) −6  Baja karbon: 10.8(10) −6 Besi tuang: 10.6(10) −6  Magnesium: 25.2(10) −6 Baja nikel: 13.1(10) −6  Baja tahan karat: 17.3(10) −6 Tungsten: 4.3(10) −6



Tegangan termal dalam rumus batang komposit: Tekanan termal di batang majemuk: Batang majemuk dan batang komposit, saat mengalami perubahan suhu, cenderung berkontraksi atau mengembang. Umumnya regangan termal adalah proses yang dapat dibalik sehingga material akan kembali ke bentuk



aslinya ketika suhu juga turun ke nilai sebenarnya, meskipun ada beberapa bahan yang tidak berperilaku sesuai dengan muai panas dan kontraksi.



Bar dalam seri: Stres dan regangan termal: Definisi tegangan dan regangan termal: Tegangan yang dihasilkan karena perubahan suhu dikenal sebagai tegangan termal. Tegangan termal = α (t2-t1) .E Regangan yang berhubungan dengan tegangan termal dikenal sebagai regangan termal. Regangan termal = α (t2-t1)



Aplikasi stres termal: Mesin, radiator, knalpot, penukar panas, pembangkit listrik, desain satelit, dll.



Tegangan sisa termal: Perbedaan suhu selama produksi dan lingkungan kerja adalah penjelasan paling banyak untuk tekanan termal (residu).



Stres yang diinduksi secara termal σ = E ∆L / L.



Perhitungan tegangan termal dalam pipa: Pipa mengembang dan berkontraksi karena suhu yang bervariasi. Koefisien muai panas menunjukkan laju muai panas dan kontraksi.



Faktor yang mempengaruhi stres termal:



 Gradien suhu.  Kontraksi ekspansi termal.  Guncangan termal. Tegangan termal tergantung pada koefisien muai panas material dan jika perubahan suhu lebih besar, maka tegangan juga akan meningkat.



Modulus Elastisitas dalam ekspansi termal: Jika batang dicegah untuk mengembang sepenuhnya dalam arah aksial, maka tegangan tekan khas yang diinduksi adalah σ = E ∆L / L. dimana E adalah modulus elastisitas. Jadi tekanan termal yang dibutuhkan adalah, α = –αE (T - T0) Secara umum, dalam kontinum elastis, proses alaminya tidak seragam secara keseluruhan dan ini biasanya merupakan fungsi ruang dan waktu. Oleh karena itu koordinat ruang (x, y, z), yaitu T = T (t, x, y, z).



Batasan analisis tegangan termal: Tubuh yang diperhitungkan juga dapat ditahan dari ekspansi atau pergerakan di beberapa wilayah, dan daya tarik eksternal juga dapat diterapkan ke wilayah lain dan kalkulasi tegangan dalam keadaan seperti itu mungkin cukup rumit dan sulit untuk dihitung. Ini juga memiliki kasus berikut dibatasi.     



Disk melingkar tipis dengan perbedaan suhu yang sama. Silinder melingkar panjang. (Ini bisa jadi hampa dan padat) Bola memiliki variasi suhu radial. (Ini bisa jadi hampa dan padat) Balok lurus penampang sembarang. Kasus balok melengkung.



Masalah stres termal dan solusinya: 1) Batang baja dengan panjang 20m bersuhu 10 derajat Celcius. Temperatur dinaikkan menjadi 50 derajat Celcius. Temukan tekanan termal yang dihasilkan. Diketahui: T1 = 10, T2 = 50, l = 20, α = 1210 ^ -6, E = 20010 ^ 9 Tegangan termal = α (t2-t1) .E = 1210 ^ -6 (50-10)20010 ^ 9 = 9610 ^ 6 N / m ^ 2.



Apa pengaruh tekanan termal? Ini memiliki efek yang signifikan pada material dan dapat menyebabkan rekahan, dan deformasi plastis tergantung pada suhu dan jenis material.



Bahan apa yang dapat digunakan sebagai insulator termal dan mengapa ? Selulosa. Karena menghalangi udara lebih baik daripada fiberglass dan memiliki konduktivitas termal yang rendah.



Apa tiga jenis stres panas yang paling umum? Jenis stres panas yang biasa digunakan:  Tangensial  radial  aksial. 



Bagaimana menghitung tekanan termal di kaca ? Tekanan termal dalam kaca bervariasi pada temperatur yang berbeda.



Stres dan deformasi termal: Deformasi termal adalah sifat suatu zat untuk mengembang dengan pemanasan dan berkontraksi dengan pendinginan, biasanya merupakan jenis deformasi karena perubahan suhu dan ini dinyatakan dengan koefisien muai panjang α. α = ΔL / L × Δt Di sini, ⦁ α adalah koefisien muai panjang suatu zat (1 / K). ⦁ ΔL adalah nilai ekspansi atau kontraksi suatu benda uji (mm). ⦁ L adalah panjang sebenarnya. ⦁ Δt adalah perbedaan suhu yang diukur dalam Kelvin atau derajat Celcius. Semakin tinggi koefisien muai panas, semakin tinggi nilai deformasi termalnya.



Pelapukan tekanan termal: Pelapukan tegangan termal adalah rekahan termal a, kerusakan mekanis batuan akibat pemuaian atau kontraksi termal yang disebabkan oleh perubahan suhu.



Apa rumus tegangan dan regangan muai panas? Rumus tegangan termal: α (t2-t1). E



Rumus regangan termal: α (t2-t1).



Apa hubungan antara tegangan termal dan regangan termal? Stres termal dan regangan termal dalam kasus 2D-3D: Perubahan suhu tidak menghasilkan regangan geser. Dalam kasus 2-D dan 3D, seluruh regangan sering diberikan oleh persamaan vektor berikut: =e+o Dan hubungan tegangan-regangan diberikan oleh σ = Eεe = E (ε - εo).



Parameter mana yang harus ditentukan untuk bahan isotropik untuk analisis struktural dan termal di ANSYS?  Konduktivitas Termal Isotropik  Bahan  Koefisien perpindahan panas



Jika regangan menyebabkan tegangan, maka dalam ekspansi termal bebas mengapa tegangan tidak ada meskipun terdapat regangan termal:



Tegangan adalah hambatan internal saat diterapkan pada beban eksternal. Ketika material mengalami beban atau gaya apa pun, material mencoba menahan gaya yang menyebabkan timbulnya tegangan. Jika material mengalami pemuaian termal bebas, material tidak akan mengalami tekanan internal yang menyebabkan tidak adanya tegangan.



Apa sajakah contoh ekspansi termal dalam kehidupan sehari-hari? ⦁ Termometer ⦁ Tiang listrik ⦁ Strip bimetalik ⦁ Jalur kereta api.



Apa aplikasi difusivitas termal di dunia nyata ? ⦁ Isolasi.



Apakah hukum Hooke gagal dalam kasus ekspansi termal ? Hukum hook berlaku untuk muai panas hanya jika ada batasan pada benda yang mengalami tekanan termal. Jika tidak ada tegangan yang diterapkan, tidak akan ada ekspansi dan hukum Hook menyatakan bahwa tegangan berbanding lurus dengan regangan.



Mengapa tembaga memiliki muai panas yang rendah ? Jika koefisien muai panas hampir sama untuk baja dan beton, mengapa struktur beton dianggap pemadam kebakaran yang lebih baik? Jika koefisien muai panas hampir sama untuk baja dan beton, mengapa struktur beton dianggap sebagai pemadam kebakaran yang lebih baik: Struktur beton memiliki konduktivitas termal yang rendah dan tidak cepat panas. Oleh karena itu Jika koefisien muai panas hampir sama untuk baja dan



beton, mengapa struktur beton dianggap sebagai pemadam kebakaran yang lebih baik.



Mengapa kita melakukan tekuk struktur statik modal termal nonlinier kelelahan berdasarkan tegangan dan regangan di Ansys? Ini adalah metode elemen hingga. Untuk memprediksi kekuatan struktur secara tepat dan akurat dilakukan analisis nonlinier. Ini memperhitungkan perubahan parameter saat beban diterapkan.



Apa yang dimaksud dengan kapasitas termal? Kapasitas termal material adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk mengubah suhu material dengan satuan massa material.



Apa perbedaan antara koefisien muai panas baja dan tembaga? Koefisien muai panas 20 ° C (x10−6 K − 1) tembaga = 17 baja = 11-13.



Apa gunanya konduktivitas termal? Konduktivitas termal adalah kemampuan suatu benda untuk menghantarkan panas. Ini mengukur jumlah panas yang ditransfer melalui material.



Apakah ada bahan yang memiliki koefisien muai panas nol? Ada beberapa material yang memiliki koefisien muai panas nol. Mesopori.



Hukum Hooke | Hukum Hooke untuk tekanan termal:



th = Eϵth Jika bahan mengalami pemuaian termal bebas, kain tidak akan mengalami tekanan internal yang menyebabkan tidak adanya tegangan.



Apa itu penyusutan termal dalam beton: Ketika beton panas didinginkan pada suhu kamar, volume beton berkurang; proses ini disebut kontraksi termal atau penyusutan termal dalam beton.



Apa perangkat lunak simulasi dan analisis terbaik untuk teknik mesin, terutama analisis struktural dan analisis dinamis termal yang tidak diperlukan? Ansys, Nasttan, Abaqus, 1-deas NX, dll.



Ketegangan tegangan termal: Mengapa batang tidak menekuk ketika dipanaskan dari bawah dengan satu ujung saja tetap: Tekanan termal pada balok kantilever: Case1: Memperbaiki bar gratis: Jika batang dipanaskan melalui kenaikan suhu, batang akan cenderung mengembang sebesar εo = αLΔT, jika batang bebas di ujung lain, mengalami ekspansi termal ε = αΔT, = o, e = 0, σ = E (ε- εo) = E (αΔT- αΔT) = 0 Artinya, tidak ada tekanan termal dalam kasus ini. Kasus2: Bilah tetap Jika ada kendala di sisi kanan, yaitu, bilah tidak dapat meluas ke kanan, maka kami memiliki: = 0, εe = −εo σ = E (ε-εo) = E (0- αΔT) = = −αΔT, = EαΔT Jadi, ada tekanan termal.



Strain geser tidak berubah hanya strain normal saja yang berubah. Jika suhu berubah maka ukuran tubuh berubah, meski tidak akan merubah bentuk tubuh. Jadi, dengan mempertimbangkan fakta ini, regangan geser tubuh tidak berubah.  Perlakuan Panas Termal  FUNGSI PERLAKUAN PANAS TERMAL SEBAGAI BAGIAN PROSES MANUFAKTUR FUNGSI PERLAKUAN PANAS TERMALSEBAGAI BAGIAN PROSES MANUFAKTURPELUNAKAN :MEMPERSIAPKAN BAHAN LOGAM SEBAGAI PRODUK1/2 JADI AGAR LAYAK DIPROSES BERIKUTNYA.PENGERASAN :MEMPERSIAPKAN BAHAN LOGAM SEBAGAI PRODUK JADIAGAR MEMILIKI SIFAT MEKANIS YANG OPTIMUM.



PELUNAKAN / ANNEALING --Process and recrystallisation annealing PERLAKUAN PELUNAKAN--Homogenising--Normalizing--Full annealing--Spherodising--Stress relieving--Process and recrystallisation annealing  HOMOGENIZING Pemanasan pada temperatur tinggi didaerah HOMOGENIZINGPemanasan pada temperatur tinggi didaerahfasa austenit (), jauh diatas titik kritis (A3 dan Acm)--Bertujuan untuk menghilangkan efek segregasi kimia akibatproses pembekuan lambat ingot/billet.--Memperbaiki mampu pengerjaan panas (hot workability).Penuanganlogam cairIngotSegregasi kimiaHOMOGENISINGsebelum pengerjaan panas NORMALIZING Pemanasan lambat sampai dengan temperatur diatas transformasi    dan diikuti oleh pendinginan udara--Menghilangkan ketidak ragaman mikrostruktur.--Mengeleminasi tegangan sisa.--Meningkatkan keseragaman dan penghalusan ukuran butir.CASTINGHOT WORKING:Forging, Extrusion, RollingNORMALIZINGKetidak ragaman reduksi/temperaturPengecualian: HSS, Shock Resisting Steel, Hot Work Tool SteelCold Work Tool Steel D & A (tdk termasuk A10), Mold Steel P4. Pemanasan sampai temperatur sedikit diatas transformasi    FULL ANNEALINGPemanasan sampai temperatur sedikit diatas transformasi   (A3: hypoeutectoid steels dan A1: hypereutectoid steels), yangdiikuti oleh pendinginan lambat didalam



dapur--Membulatkan sementit ‘proeutectoid” atau karbida lainnyasehingga memperbaiki keuletan baja.--Menghasilkan kekerasan/kekuatan yang minimum sehinggamudah dilakukan deformasi pada pengerjaan dingin.-- Menghilangkan struktur martensit pada baja paduan yang mungkinterbentuk akibat pendinginan relatif cepat melewati transformasi    .--Biasanya dilakukan pada baja yang akan dipasok kepasaranPembulatan sementit‘proeutectoid’ dalam bentuk networks pada batas butir.1 2 3  PERLAKUAN PELUNAKAN - DIAGRAM Fe-C PERLAKUAN PELUNAKAN - DIAGRAM Fe-CHomogenising (H)Normalising (N)Full-Annealing (A)Recrystallisation annealing911°CAustenite() + Fe3CStress-relief annealingAcmKarakteristik(H) (N) Full (A)Temp *** ** *Metoda udara dapurpendinginWkt. Proses *** * *A3723 °CA1 + Fe3CTemperatureFerrite()EutectoidRendah *  Tinggi***HypoeutectoidHypereutectoid0.81.42.0Carbon % NORMALIZING VS FULL ANNEALING NORMALIZING VS FULL ANNEALINGNormalizing membentuk mikrostruktur lebih halus dibandingkanfull annealing meskipun pemanasan dilakukan pada temperaturyang lebih tinggi akibat laju pendinginan lebih cepatP +AF +AHeatingCycleCoolingNormalizingAnnealTimeTemperatureMsAc3Ac1Pendinginan di dapurPendinginan udara



ANNEALING LAINNYA Spherodising: dilakukan untuk meningkatkan mampu-mesin (machinability)pada baja yang akan ‘dimachining´. Caranya dengan membulatkan sementit/karbida.Pemanasan dilakukan dibawah temperatur kritis A1 ( ~723ºC), atau sedikit diatas A1tetapi kemudian ditahan dibawah A1.Stressrelief annealing: pemenasan s/d dibawah temperatur kritis ºC bajakarbon dan paduan rendah, ºC baja perkakas. Bertujuan untuk menghilangkantegangan sisa akibat deformasi pengerjaan dingin.Recrystallisation annealing: pemanasan s/d temperatur 600 ºC dibawah temperatur kritis.Bertujuan untuk membentuk butir poligon yang bebas tegangan dan mempunyai keuletanserta sifat konduktivitas baik. Dilakukan pada baja setelah deformasi pengerjaan dingin.Quench annealing: dilakukan pada baja jenis austenitk yang di homogenising ataurecrystallisation annealing dimana diikuti oleh pendinginan cepat untuk menghindariterbentukya endapan karbida terutama pada batas butir.Isothermal Annealing: pendinginan cepat sampai temperatur tepatdibawah daerah transformasi, ditahan 1-2 jam, diikuti pendinginan udara.  Membentuk struktur martensit/bainit yang memiliki kekerasan tinggi. PENGERASAN TERMAL Membentuk struktur martensit/bainityang memiliki kekerasan tinggi.  PENGERASAN TERMAL Terdiri dari tiga tahap operasi :(THERMAL HARDENING) Terdiri dari tiga tahap operasi :PEMANASAN(HEATING)Preheating( ºC) Final heating( ºC)SoakingKUENS(QUENCHING)Pendinginan cepat olehmedia pendingin(oli, air, lelehan garam,semprot gas / udara)TEMPER(TEMPERING)Pemanasan kembali padatemperatur lebih rendah( ºC), sekaliatau berulangQUENCHINGBATHTEMPERINGBATHHEATINGFURNACE SIKLUS PENGERASAN TERMAL Baja sangat lunak - u