Mekanika Perpatahan IBayu PratamaCivil Enggineering NPM. 11110004

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Mekanika Perpatahan I Mekanika perpatahan dalam desainPerlu perhatian yang serius, karena dapat menimbulkan kerusakan yang luar biasa dan dapat menelan korban jiwa, walaupun tidak umum terjadi.Teknik desain dengan memperhitungkan mekanika perpatahan adalah suatu metode yang umum dalam keselamatan Industri yang kritis, seperti dalam pembangkit daya/listrik dan peralatan luar angkasa

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Tegangan Rancang dan Faktor Keselamatan Struktur dirancang tanpa mekanika perpatahan menggunakan rumusan tegangan rancang (design stress) sbb:

Faktor keselamatan dihitung lebih tinggi dari tegangan yang diperkirakan akan terjadi atau bervariasi tergantung jenis bahan

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Faktor Keselamatan Struktur teknik, bagaimanapun juga, dapat mengandung retakan atau berkembang menjadi retakan selama penggunaan retakan tersebut dapat tumbuh /menjalar seiring dengan kelelahan atau pengaruh lingkunganFaktor keselamatan tidak diperhi-tungkan terhadap kehadiran retakan dimana dapat menurunkan kekuatan struktur dengan dratis

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Efek dari retakan Penurunan kekuatan dari struktur teknik terhadap pertumbuhan retak dalam pembebanan

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Tujuan dari Mekanika Perpatahan adalah untuk menjawab pertanyaan sbb: Bagaimana kekuatan dari suatu struktur bervariasi dengan ukuran retak?Bagaimana panjang retak dapat ditoleransikan pada beban perkiraan yang akan ditanggung? (ukuran retakan kritis)Berapa lama retak akan tumbuh/ menjalar untuk menuju ukuran retakan kritis?

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Pada tingkatan berapa cacat awal (pre-existing flaws) dapat ditoleransi untuk permulaan pembebanan?Berapa sering suatu struktur harus diperiksa untuk mencegah kerusakan?

Tujuan dari Mekanika Perpatahan adalah untuk menjawab pertanyaan sbb:

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Bagaimana Suatu Benda Dapat Patah? Terdapat banyak mekanisme perpatahan yaitu:Pembelahan lewatbutir (transgranular cleavage)Pembelahan antarbutir (intergranular cleavage)Pengabungan keuletan rongga mikro (ductile microvoid coalesence)Mulur (creep)Kelelahan/fatik (fatigue)

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Peretakan dipengaruhi lingkungan (environ-mentally assisted cracking)Berkembangnya jaringan keretakan yang lembut (Crazing)Kehilangan lapisan (Delamination)Benang pembentuk tercabut keluar (fibre pull-out)Fase peretakan getas (brittle phase cracking)Peretakan antarmuka (interface cracking)Pertumbuhan rongga inti (void nucleation)Bagaimana Suatu Benda Dapat Patah?

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Ketangguhan dapat dipengaruhi dengan adanya perubahan pada mekanisme perpatahan dan mekanisme perpatahan dapat berubah setiap saat

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Takikan dan Konsentrasi Tegangan Takikan bertindak sebagai konsentrasi teganganTakikan yang lancip dan dalam mungkin akan menyebabkan:Penurunan kekuatan pada bahan yang getasPeningkatan kekuatan pada bahan yang ulet Pengaruh tersebut terjadi dikarenakan:- Konsentrasi tegangan- Pembatasan/pemaksaan (constraint)

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Elips Inglis Konsentrasi tegangan dapat diper-hitungkan menggunakan elips Inglis

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Faktor Konsentrasi Tegangan Faktor konsentrasi tegangan = k = radius kurva

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Pelemahan Akibat Takikan pada Bahan Getas Bahan getas adalah sensitif terhadap takikan

Efek dari faktor konsentrasi tegangan pada penggunaan tegangan patah dari bahan sensitif terhadap takikan

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Penguatan Akibat Takikan pada Bahan Ulet Bahan ulet adalah tidak terlalu sensitif terhadap takikan dan dimungkinkan terjadi penguatan karena takikan.Tegangan luluh tarik dari bahan ulet kemungkinan akan meningkat dengan adanya sebuah takikan yang berhubungan dengan pembatasan (constraint)

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Penguatan Akibat Takikan pada Bahan UletPembatasan deformasi plastis bahan oleh bahan yang elastis

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Penguatan Takikan (notch strengthening) dan Pembatasan (constraint) Tegangan tarik transversal (2 dan 3) berhubung dengan pembatasan dari zona plastik oleh daerah elastik meningkatkan tegangan tarik aksial (1) dibutuhkan untuk memberikan tegangan geser yang cukup untuk meluluhkan bahan.

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Penguatan Takikan (notch strengthening) dan Pembatasan (constraint)t = tegangan geser kritis untuk peluluhan

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Pengukuran Ketangguhan (toughness) Ada beberapa cara untuk mengukur ketangguhan Kinerja dari perpatahan (work of fracture)Sensitifitas takikan (notch sensivity)Keuletan dan kinerja pengerasan (ductility and work hardening)Ketangguhan Impak (impact toughness)Ketangguhan Perpatahan (fracture toughness)Sebagian cara sangat bermanfaat untuk desain teknik dibanding yang lain.

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Kinerja Perpatahan Kinerja perpatahan adalah daerah dibawah kurva tegangan/regangan tarik untuk spesimen yang presisi

Analisa serupa dapat digunakan untuk spesimen dengan takikan

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Sensitifitas Takikan Bahan yang tangguh mengembangkan zona plastik yang luas sebelum terjadi kerusakan dan sensitifitas takikannya sedikit (kecil) < 1 sensitif terhadap takikan dan ketangguhan rendah> 1 tidak sensitif terhadap takikan dan ketangguhan tinggi

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Keuletan dan Kinerja Pengerasan Dalam logam, kapasitas kinerja pengerasan yang tinggi selalu berhubungan dengan keuletan dan ketangguhan yang tinggi

Pengerjaan dingin dapat menurunkan keuletan dan menurunkan ketangguhan

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Keuletan dan Kinerja PengerasanPembelahan kristal tidak terjadi dalam kristal logam berbentuk FCC

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Ketangguhan Impak Transisi dari ulet ke getas selalu diamati dalam penurunan temperatur

Transisi perpatahan dari getas ke ulet pada baja karbon (terdapat perubahan mekanisme perpatahan) dan aluminium (tidak ada perubahan mekasnisme perpatahan)

Energi besar = uletEnergi rendah = getasEnergi potensial Impak = mgh

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Faktor-faktor yang mempengaruhi ketangguhan meliputi:Temperatur dan laju reganganGeometri dari takikanUkuran spesimenMekanisme perpatahanEfek tersebut berhubungan dengan peningkatan tegangan luluh, pembatasan dan tegangan patahStandarisasi spesimen uji diperlukan untuk membandingkan ketangguhan dari bahan-bahan.

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Definisi transisi Transisi ulet ke getas dapat didefinisikan dalam beberapa cara, seperti:Energi kritis perpatahanPenurunan 50% energiDeformasi pada spesimen ujiPerpatahan yang tampak dipermukaan (FATT)Dari hal tersebut diatas akan memberikan temperatur transisi yang berbeda-beda

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Definisi transisi

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Keterbatasan Pengujian Impak Uji Impak biasanya digunakan untuk perkiraan dan kontrol kualitas dari bahan, bukan untuk teknik desain.Pembatasan pengujian tersebut meliputi:Ukuran spesimen terlalu kecilUkuran spesimen terlalu tipisSensitif terhadap laju reganganSulit untuk menggunakan energi impak dalam desain

Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso*Ringkasan Perpatahan suatu benda tergantung dari: Ketangguhan bahan Konsentrasi tegangan PembatasanDiperlukan suatu metode untuk memprediksi sifat-sifat keretakan pada komponen struktur.

Thank you very much to Dr. Marrow

Ellyawan Arbintarso