LENDUTAN BATANG Revisi [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM FENOMENA DASAR MESIN MODUL V LENDUTAN BATANG



Disusun Oleh : Nama Praktikan NRP Tanggal Praktikum



: Wilman Saeful : 1121800030 : 15 Februari 2021



Anggota kelompok : 1. Arsyi Putra Esa Tama 2. Ari Kurnia Romadhon 3. Idris Sunani Alfirdaus 4. Arif Satriyo Utomo



(1121800031) (1121800029) (1121800032) (1121800053)



Assisten Laboratorium : Luthfi Aziiz Sasmito LABORATORIUM FENOMENA DASAR MESIN PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN INSITUT TEKNOLOGI INDONESIA SERPONG 2021



BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Ilmu pengetahuan dan teknologi selalu berkembang dan mengalami kemajuan, sesuai dengan perkembangan zaman dan perkembangan cara berpikir manusia. Disertai dengan sistem pendidikan yang mapan, memungkinkan kita berpikir kritis, kreatif, dan produktif. Sama halnya dengan perkembangan teknologi dibidang konstruksi. Seperti halnya defleksi. Defleksi merupakan suatu fenomena perubahan bentuk pada balok dalam arah vertical dan horisontal akibat adanya pembebanan yang diberikan pada balok atau batang. Sumbu sebuah batang akan terdeteksi dari kedudukannya semula bila benda dibawah pengaruh gaya terpakai. Dengan kata lain suatu batang akan mengalami pembebanan transversal baik itu beban terpusat maupun terbagi merata akan mengalami defleksi. Salah satu persoalan yang sangat penting diperhatikan adalah perhitungan defleksi/lendutan dan tegangan pada elemen-elemen ketika mengalami suatu pembebanan. Hal ini sangat penting terutama dari segi kekuatan (strength) dan kekakuan (stiffness), dimana pada batang horizontal yang diberi beban secara lateral akan mengalami defleksi. Didalam kehidupan sehari–hari kita sering kali berjumpa dengan defleksi,baik defleksi pada baja, pada besi maupun kayu. Oleh sebab itu kita seorangengineer harus memperhitungkan defleksi atau lendutan yang akan terjadi, contohnya saja pada jembatan. Jika seorang engineer tidak memperhitungkan maka akan berakibat fatal bagi pengguna jembatan tersebut, karena faktor lendutan yang lebih besar akan mengurangi faktor safety pada struktur tersebut. Oleh sebab itu kita harus mengetahui fenomena apa saja yang akan terjadi padadefleksi ini. Namun banyak yang belum mengerti terhadap fenomenafenomena pada defleksi.



1.2 Tujuan Percobaan Praktikum defleksi ini memiliki tujuan sebagai berikut: 1.



Mengetahui fenomena defleksi (lendutan) pada batang atau balok. 2.



Membuktikan kebenaran rumus-rumus defleksi teoritis dengan hasil percobaan.



1.3 Sistematika Penulisan Agar dapat memudahkan penyusunan tugas akhir ini maka penulisan laporan dibagi menjadi beberapa bab yaitu sebagai berikut: BAB 1 PENDAHULUAN Berisi tentang latar belakang, perumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan penelitian dan sistematika penulisan. BAB 2 TEORI DASAR Berisi tentang hasil penelitian-penelitian terdahulu, dasar teori proses lendutan batang, BAB 3 ALAT DAN BAHAN Berisi tentang alat dan bahan untuk melakukan praktikum. BAB 4 TUGAS DAN PERTANYAAN Berisi hasil simulasi dan pembahasan dari hasil praktikum BAB 5 DATA DAN PERHITUNGAN Pada bab ini berisi tentangkesimpulan dan saran. DAFTAR PUSTAKA



BAB 2 TEORI DASAR 2.1 Teori Dasar Defleksi adalah perubahan bentuk pada balok dalam arah vertical dan horizontal akibat adanya pembebanan yang diberikan pada balok atau batang. Sumbu sebuah batang akan terdeteksi dari kedudukannya semula bila benda dibawah pengaruh gaya terpakai. Dengan kata lain suatu batang akan mengalami pembebanan transversal baik itu beban terpusat maupun terbagi merata akan mengalami defleksi. Deformasi pada balok secara sangat mudah dapat dijelaskan berdasarkan defleksi balok dari posisinya sebelum mengalami pembebanan. Defleksi diukur dari permukaan netral awal ke posisi netral setelah terjadi deformasi. Konfigurasi yang diasumsikan dengan deformasi permukaan netral dikenal sebagai kurva elastis dari balok. Di tunjukan pada Gambar 2.1



Gambar 2. 1 Balok sebelum terjadi deformasi Jarak perpindahan y didefinisikan sebagai defleksi balok. Dalam penerapan, kadang kita harus menentukan defleksi pada setiap nilai x disepanjang balok. Hubungan ini dapat ditulis dalam bentuk persamaan yang sering disebut persamaan defleksi kurva (atau kurva elastis) dari balok.



1.2 Jenis- jenis defleksi



Deflkesi Vertikal (Δw) Perubahan bentuk suatu batang akibat pembebanan arah vertikal (tarik, tekan) hingga membentuk sudut defleksi, dan posisi batang vertikal, kemudian kembali ke posisi semula. Di tunjukan pada Gambar 2.2



Gambar 2. 2 Defleksi Vertikal 1. Defleksi Horisontal (Δp) Perubahan bentuk suatu batang akibat pembebanan arah vertikal (bending) posisi batang horizontal, hingga membentuk sudut defleksi, kemudian kembali ke posisi semula. Di tunjukan pada Gambar 2.3



Gambar 2. 3 Defleksi Horizontal Sistem struktur yang di letakkan horizontal dan yang terutama di peruntukkan memikul beban lateral, yaitu beban yang bekerja tegak lurus sumbu aksial batang (Binsar Hariandja 1996). Beban semacam ini khususnya muncul sebagai beban gravitasi, seperti misalnya bobot sendiri, beban hidup vertical, beban keran (crane) dan lain-lain.contoh sistem balok dapat di kemukakan antara lain, balok lantai gedung, gelagar jembatan, balok penyangga keran, dan sebagainya. Sumbu



sebuah batang akan terdeteksi dari kedudukannya semula bila benda dibawah pengaruh gaya terpakai.



Dengan kata lain suatu batang akan mengalami pembebanan tranversal baik itu beban terpusat maupun terbagi merata akan mengalami defleksi. Unsur-unsur dari mesin haruslah cukup tegar untuk mencegah ketidakbarisan dan mempertahankan ketelitian terhadap pengaruh beban dalam gedung-gedung, balok lantai tidak dapat melentur secara berlebihan untuk meniadakan pengaruh psikologis yang tidak diinginkan para penghuni dan untuk memperkecil atau mencegah dengan bahanbahan jadi yang rapuh.Begitu pun kekuatan mengenai karateristik deformasi dari bangunan struktur adalah paling penting untuk mempelajari getaran mesin seperti juga bangunan-bangunan stasioner dan penerbangan. Dalam menjalankan fungsinya, balok meneruskan pengaruh beban gravitasi keperletakan terutama dengan mengandalakan aksi lentur, yang berkaitan dengan gaya berupa momen lentur dan geser. kalaupun timbul aksi normal, itu terutama di timbulkan oleh beban luar yang relatif kecil, misalnya akibat gaya gesek rem kendaraan pada gelagar jembatan, atau misalnya akibat perletakan yang di buat miring. 2.3 Faktor Penentu Defleksi 1.Kelakuan batang Semakin kaku suatu batang maka lendutan batang yang akan terjadi pada batang akan semakin kecil.



2.Besar kecilnya gaya yang diberikan Besar-kecilnya gaya yang diberikan pada batang berbanding lurus dengan besarnya defleksi yang terjadi. Dengan kata lain semakin besar beban yang dialami batang maka defleksi yang terjadi pun semakin besar. 3. Jenis tumpuan yang diberikan



Jumlah reaksi dan arah pada tiap jenis tumpuan berbeda-beda. Jika karena itu besarnya defleksi pada penggunaan tumpuan yang berbedabeda tidaklah sama. Semakin banyak reaksi dari tumpuan yang melawan gaya dari beban maka defleksi yang terjadi pada tumpuan rol lebih besar dari tumpuan pin (pasak) dan defleksi yang terjadi pada tumpuan pin lebih besar dari tumpuan jepit. 4.Jenis beban yang terjadi pada batang Beban terdistribusi merata dengan beban titik, keduanya memiliki kurva defleksi yang berbeda-beda. Pada beban terdistribusi merata slope yang terjadi pada bagian batang yang paling dekat lebih besar dari slope titik. Ini karena sepanjang batang mengalami beban sedangkan pada beban titik hanya terjadi pada beban titik tertentu saja. 2.4 Jenis- jenis tumpuan 1. Engsel Engsel merupakan tumpuan yang dapat menerima gaya reaksi vertical dan gaya reaksi horizontal. Tumpuan yang berpasak mampu melawan gaya yang bekerja dalam setiap arah dari bidang. Jadi pada umumnya reaksi pada suatu tumpuan seperti ini mempunyai dua komponen yang satu dalam arah horizontal dan yang lainnya dalam arah vertical. Tidak seperti pada perbandingan tumpuan rol atau penghubung, maka perbandingan antara komponen-komponen reaksi pada tumpuan yang terpasak tidaklah tetap. Untuk menentukan kedua komponen ini, dua buah komponen statika harus digunakan. Di tunjukan pada Gambar 2.4



Gambar 2. 4 Tumpuan Engsel 2. Rol



Rol merupakan tumpuan yang hanyadapat menerima gaya reaksi vertical. Alat ini mampu melawan gaya-gaya dalam suatu garis aksi yang spesifik. Penghubung yang terlihat pada gambar dibawah ini dapat melawan gaya hanya dalam arah AB rol. Pada gambar dibawah hanya dapat melawan beban vertical. Sedang rol-rol hanya dapat melawan suatu tegak lurus pada bidang cp. Di tunjukan pada Gambar 2.5



Gambar 2. 5 Tumpuan Rol 3. Jepit Jepit merupakan tumpuan yang dapat menerima gaya reaksi vertical, gaya reaksi horizontal dan momen akibat jepitan dua penampang. Tumpuan jepit ini mampu melawan gaya dalam setiap arah dan juga mampu melawan suatu kopel atau momen. Secara fisik, tumpuan ini diperoleh dengan membangun sebuah balok ke dalam suatu dinding batu bata. Mengecornya ke dalam beton atau mengelas ke dalam bangunan utama. Suatu komponen gaya dan sebuah momen. Di tumjukan pada Gambar 2.6



Gambar 2. 6 Tumpuan Jepit



2.5 Jenis-jenis Pembebanan Salah satu factor yang mempengaruhi besarnya defleksi pada batang adalah jenis beban yang diberikan kepadanya. Adapun jenis pembeban :



1. Beban terpusat Titik kerja pada batang dapat dianggap berupa titik karena luas kontaknya kecil. Di tunjukan pada Gambar 2.7



Gambar 2.7



Beban Terpusat



2. Beban terbagi merata Disebut beban terbagi merata karena merata sepanjang batang dinyatakan dalam qm (kg/m atau kN/m). Di tunjukan pada Gambar 2.8



Gambar 2. 8 Beban Terdistribusi 3. Beban bervariasi uniform



Disebut beban bervariasi uniform karena beban sepanjang batang besarnya tidak merata. Di tunjukan pada Gambar 2.9



Gambar 2.9 Beban BervariasiUniform



2.6 Jenis-jenis Batang 1. Batang tumpuan sederhana Bila tumpuan tersebut berada pada ujung-ujung dan pada pasak atau rol. Di tunjukan pada Gambar 2.10



Gambar 2. 10 Batang Tumpuan Sederhana 2. Batang kartilever Bila salah satu ujung balok dijepit dan yang lain bebas. Di tunjukan pada Gambar 2.11



Gambar 2. 11 Batang Kartilever



3. Batang Overhang Bila balok dibangun melewati tumpuan sederhana. Di tunjukan



pada Gambar 2.12



Gambar 2.12



Batang Overhang



4. Batang menerus Bila tumpuan-tumpuan terdapat pada balok continue secara fisik. Di tunjukan pada Gambar 2.13



Gambar 2. 13 Batang Menerus



2.7 Fenomena Lendutan Batang Untuk setiap batang yang ditumpu akan melendut apabila diberikan beban yang cukup besar. Lendutan batang untuk setiap titik dapat dihitung dengan menggunakan metode diagram atau cara integral ganda dan untuk mengukur gaya yang digunakan load cell. Lendutan batang sangat penting dalam konstruksi terutama konstruksi mesin, dimana pada bagian-bagian tertentu seperti poros, lendutan sangat tidak diinginkan karena adannya lendutan maka kerja poros atau operasi mesin akan tidak normal sehingga dapat menimbulkan kerusakan pada bagian mesin atau pada bagian lainnya. Pada semua konstruksi teknik, bagian-bagian pelengkap suatu bangunan haruslah diberi ukuran-ukuran fisik yang tertentu. Bagian-bagian tersebut haruslah diukur dengan tepat untuk menahan gaya–gaya yang sesungguhnya



atau yang mungkin akan dibebankan kepadanya. Jadi poros sebuah mesin haruslah diperlukan dan menahan gaya-gaya luar dan dalam. Demikian pula, bagian-bagian suatu struktur komposit harus cukup tegar sehingga tidak akan melentung melebihi batas yang di izinkan bila bekerja dibawah beban yang di izinkan. 2.8 Aplikasi Lendutan (Defleksi) Batang Aplikasi dari analisa lendutan batang dalam bidang keteknikan sangat luas, mulai dari perancangan poros transmisi sebuah kendaraan bermotor ini, menujukkan bahwa pentingnya analisa lendutan batang ini dalam perancangan. Sebuah konstruksi teknik, berikut adalah beberapa aplikasi dari lendutan batang 1. Jembatan Disinilah dimana aplikasi lendutan batang mempunyai perananan yang sangat penting. Sebuah jembatan yang fungsinya menyeberangkan benda atau kendaraan diatasnya mengalami beban yang sangat besar dan dinamis yang bergerak diatasnya. Hal ini tentunya akan mengakibatkan terjadinya lendutan batang atau defleksi pada batang-batang konstruksi jembatan tersebut. Defleksi yang terjadi secara berlebihan tentunya akan mengakibatkan perpatahan pada jembatan tersebut dan hal yang tidak diinginkan dalam membuat jembatan. Di tunjukan pada Gambar 2.14



Gambar 2. 14 Lendutan Pada Jembatan 2. Poros Transmisi Pada poros transmisi roda gigi yang saling bersinggungan untuk mentransmisikan gaya torsi memberikan beban pada batang poros secara radial. Ini yang menyebabkan terjadinya defleksi pada batang poros



transmisi. Defleksi yang terjadi pada poros membuat sumbu poros tidak lurus. Ketidaklurusan sumbu poros akan menimbulkan efek getaran pada pentransmisian gaya torsi antara roda gigi. Selain itu, benda dinamis yang berputar pada sumbunya. Di tunjukan pada Gambar 2.15



Gambar 2.15 Poros Transisi



3. Rangka (chasis) Kendaraan Kendaraan-kendaraan pengangkut yang berdaya muatan besar, memiliki kemungkinan terjadi defleksi atau lendutan batang-batang penyusun konstruksinya. Di tunjukan pada Gambar 2.16



Gambar2.16 Rangka Mobil



4. Konstruksi Badan Pesawat Terbang Pada perancangan sebuah pesawat material-material pembangunan pesawat tersebut merupakan material-material ringan dengan tingkat elestitas yang tinggi namun memiliki kekuatan yang baik. Oleh karena itu, diperlukan analisa lendutan batang untuk mengetahui defleksi yang terjadi pada material atau batang-batang penyusun pesawat tersebut, untuk



mencegah



terjadinya



defleksi



secara



berlebihan



yang



menyebabkan perpatahan atau fatik karena beban terus-menerus. Di tunjukan pada Gambar 2.17



Gambar 2.17 kerangka pesawat 5. Mesin Pengangkut Material Pada alat ini ujung pengankutan merupakan ujung bebas tak bertumpuan sedangkan ujung yang satu lagi berhubungan langsung atau dapat dianggap dijepit pada menara kontrolnya. Oleh karena itu, saat mengangkat material kemungkinan untuk terjadi defleksi. Pada konstruksinya sangat besar karena salah satu ujungnya bebas tak bertumpuan. Disini analisa lendutan batang akan mengalami batas tahan maksimum yang boleh diangkut oleh alat pengangkut tersebut. 2.9 Modulus Elastis Modulus elastitas merupakan perbandingan unsur tegangan normal dan regangan normal. Adapun persamaan dinyatakan sebagai berikut:



Keterangan rumus : E adalah modulus elastisitas bahan tegangan



(N/m²)



σ



normal



adalah



(N/m²)



ε



adalah regangan normal



Tabel 2. 1 Nilai Modulus Elastisitas Bahan



2.10 Rotasi Benda Tegar Dalam penyelesaian seal rotasi benda tegar perlu diperhatikan dua hal yaitu: 1. Gaya sebagai penyebab dari perubahan gerak translasi



2.



Momen gaya atau momen kopel sebagai penyebab dari perubahan gerak



rotasi



3.



Momen Gaya (t) adalah gaya kali jarak/lengan. Arah gaya dan arah jarak



harus tegak lurus.



Tabel 2.1 Momen Inersia Bahan



2.11 Metode-Metode Perhitungan Lendutan Ada beberapa metode yang dapat dipergunakan untuk menyelesaikan persoalan-persoalan defleksi pada balok.terdiri dari: 1.metode integrasi ganda (Doubel ntegration) 2.metode luas bidang momen (Momen Area Method) 3.metode energy 4.serta metode super posisi. Metode integrasi ganda sangat cocok dipergunakan untuk mengetahui defleksi sepanjang bentang sekaligus. Sedangkan metode luas bidang momen sangat cocok dipergunakan untuk mengetahui lendutan dalam satu



tempat saja. Asumsi yang dipergunakan untuk menyelesaiakan persoalan tersebut adalah hanyalah defleksi yang diakibatkan oleh gaya-gaya yang bekerja tegak lurus terhadap sumbu balok, defleksi yang terjadi relative kecil dibandingkan dengan panjang baloknya, dan irisan yang berbentuk bidang datar akan tetap berupa bidang datar walaupun berdeformasi. Suatu struktur sedehana yang mengalami lentur dapat digambarkan sebagaimana gambar 2.18, dimana y adalah defleksi pada jarak x, dengan x adalah jarak lendutan yang ditinjau, dx adalah jarak mn, dθ sudut mon, dan r adalah jari-jari lengkung. Di tunjukan pada Gambar 2.18



Gambar 2. 18 Metode Integrasi Ganda



karena besarnya dθ relatif sangat kecil maka tg dθ=dθ saja sehingga persamaannya dapat ditulis menjadi



Jika dx bergerak kekanan maka besarnya dθ akan semakin mengecil atau semakin berkurang sehingga didapat persamaan



Lendutan relatif sangat kecil sehingga didapat persamaan :



Persamaan tersebut di atas dapat di terapkan untuk mencari defleksi pada balok sesuai dengan penelitian seperti pada gambar di bawah ini. Di tunjukan pada Gambar 2.19



Gambar 2. 19 Balok Sederhana dengan beban titik



2.12 Metode Penyelesaian Statur Untuk setiap batang yang ditumpu akan melendut bila diberikan beban yang besar. Lendutan batang memegang peranan penting dalam konstruksi, terutama pada konstruksi mesin, dimana pada bagian tertentu seperti pada



poros. Lendutan sangat tidak diinginkan, karena dengan adanya lendutan maka operasi mesin tidak normal sehingga menimbulkan kerusakan pada bagian mesin.  Metode Super posisi Dalam menyelesaikan persamaan untuk bermacam-macam kondisi pembebanan juga dapat digunakan metode superposisi. Lendutan balok akibat beberapa beban yang bekerja bersama-sama dapat dihitung dengan superposisi dan lendutan akibat setiap beban yang bekerja sendiri-sendiri. Sebagai contoh jika V1 adalah lendutan akibat beban q1 dan V2 adalah lendutan akibat q2, maka total lendutan akibat beban q1 dan q2 yang bekerja serentak adalah V1 + V2. Untuk percobaan lendutan batang didasari oleh luasnya penggunaan teori ini. Hal ini dapat dilihat pada elemen mesin yang mengalami beban dalam keadaan tertentu . seperti poros mobil yang mengalami beban dalam keadaan tertentu. Seperti poros mobil yang mengalami beban akibat berat koplinbg. Plat gesek dan komponen lainnya. Dalam memahami dan mengerti prinsip defleksi batang maka kekuatan dari suatu konstruksi dapat diketahui. Untuk menentukan jenis material yang digunakan biasanya ditentukan dasar deflrksi maksimum yang diinginkan. Secara umum dapat ada beberapa cara untuk mengetahui lendutaan batang, metode yang digunakan : 1. Metode Super posisi 2. Metode luas diagram momen 3. Metode integral 4. Metode energy Semua cara diatas dapat diketahui secara teoritis untuk mengetahui lendutan yang terjadi pada suatu konstruksi. Namun perlu diketahui besarnya lendutan yang terjadi berdasarkan percibaan. BAB 3 ALAT DAN BAHAN 3.1 Alat dan Bahan 1. Alat Uji Defleksi



Alat yang digunakan dalam praktikum pengujian defleksi. Di tunjukan pada Gambar 3.1



Gambar 3. 1 Alat Uji Defleksi



3.2 Prosedur Percobaan Adapun prosedur dalam praktikum defleksi sebagai berikut : 1. Siapkan alat dan bahan 2. Susunlah perangkat pengujian defleksi untuk tumpuan sederhana (Engsel, Jepit dan Rol)



Gambar 3. 2 Perangkat Pengujian Defleksi 3. Ambil salah satu batang uji 4. Beri tanda pada batang uji untuk posisi tempat pembebanan dan posisi dial indikator 5. Pasang batang uji pada tempat yang ada perangkat pengujian



6. Letakkan beban dan dial indikator pada titik yang telah ditentukan sebelumnya 7. Catatlah hasil pembebanan pada tabel 8. Ulangi langkah 1 samapi 3 untuk tumpuan jepit 9. Ulangi langkah 1 sampai 3 untuk tumpuan jepit dan rol



DAFTAR PUSTAKA Akinlabi Oyetunji & Nwafagu Nwigboj (2001, july 24) Effect of welding process, type of electrode and electrode core diameter on the tensile property of 304L austenitic stainless steel, Industrial Skills Training Centre (ISTC),



(p) 210-222, November 28, 2019. http://lejpt.academicdirect.org/ Anonim. 2013. CSWIP (Certification Scheme Welding Inspector Personal ) Level 2. Cambridge. TWI. ASTM Standards: A370, The American Socecty For Testing And Material, 2001, Anual Book Of ASTM Standards. A. Suganda, (2009) Teori Pengelasan. Jakarta: Departemen Pendidikan Nasional. Callister, D. William. (2001). Fundamentalsof Materials science and engineering. New York : John Wiley & Sons, Inc. Citrakara US, Yoto dan Widiyanti. Perbedaan Kekuatan Tarik Dan Jenis Patahan Sambungan Las Gmaw Baja Karbon Rendah (St 37) Akibat Proses Normalizing. Jurnal Pendidikan Profesional. Dadang, (2013). Sifat Mekanis Bahan. Semarang : Teknik Mesin. Universitas Diponogoro Daryanto. 2012. Teknik Pengelasan. Bandung : Alfabeta. Heri Sunaryo. 2008. Teknik Pengelasan Kapal Jilid 2. Jakarta :



Direktorat



Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional. Dadang, (2013). Sifat Mekanis Bahan. Semarang : Teknik Mesin. Universitas Diponogoro. Fernando. Hengky ( 2017 ). perbandingankarakteristik sifat mekanis ASTM A106 grade B dan ASTM A790 Hasil proses pengelasan GTAW. Jurnal Progam Studi Teknik Mesin. Institut Teknologi Indonesia K. Ramkumar, (February 2016). Effect of optimal weld parameters in the microstructure and mechanical properties of autogeneous gas tungsten arc weldments of super-duplex stainless steel UNS S32750 5, pg. 356-365, VIT University, Vellore.