konstruksi mesin-

8/16/2019 Konstruksi Mesin-

1/19

Modul ke:

Fakultas

Program Studi

Kontruksi MesinUji Kelelahan Pada Material

Prof. (Em) Dr. Ing Darwin SebayangHendi Saryanto, S.T, M.Eng05Teknik

Teknik Mesin

Pembuka

Daftar Pustaka

Akhiri Presentasi


2/19

<

< >

>MENU

MENU AKHIRI

AKHIRI

Kelelahan (Fatigue) adalah bentuk dari kegagalan yang terjadi pada strukturyang terjadi karena beban dinamik yang berfluktuasi dibawah yield strength

yang terjadi dalam waktu yang lama dan berulang-ulang. Ingat, kata kuncinya

adalah beban dinamik, berulang, dalam jangka waktu yang lama. Fatigue crack

biasanya bermula deri permukaan yang merupakan tempat beban

berkonsentrasi. Fatigue menyerupai brittle farcture yaitu ditandai dengan

deformasi plastic yang sangat sedikit. Proses terjadinya fatigue ditandaidengan crack awal, crack propagatin dan fracture akhir. Permukaan fracture

biasanya tegak lurus terhadap beban yang diberikan. Dua sifat makro dari

kegagalan fatigue adalah tidak adanya deformasi plastic yang besar dan

farcture yang menunjukkan tanda tanda berupa ‘beachmark’ atau‘camshell’.

Tanda tanda makro dari fatigue adalah tanda garis garis pada pemukaan yang

hanya bisa dilihat oleh mikroskop electron.

Kelelahan(Fatique)


3/19

<

< >

>MENU

MENU AKHIRI

AKHIRI

Benda yang tidak tahan terhadap fatik akan mengalamikegagalan pada kondisi pembebanan dinamik (beban

berfluktuasi ). Mengalami kegagalan ( patah ) pada

tegangan jauh di bawah tegangan yang diperlukan

untuk membuatnya patah pada pembebanan tunggal (statis ). Kegagalan fatik biasanya terjadi pada tempat

yang konsentrasi tegangannya besar, seperti pada ujung

yang tajam atau notch. Tidak ada indikasi awal

terjadinya patah fatik dan retakan fatik yang terjadibersifat halus, maka patah fatik sulit untuk dideteksi

dari awal.


4/19

<

< >

>MENU

MENU AKHIRI

AKHIRI

Bersadarkan Penyebab utamanya, yaitu beban(tegangan) yang bekerja, patah Fatik tergantung

pada :

1. Besarnya tegangan maksimum yang bekerja

2. Fluktuasi tegangan yang bekerja, yaitu

besarnya amplitudo dari tegangan tegangan

yang bekerja

3. Siklus tegangan yang bekerja. Adalah

banyaknya periode pembebanan yang terjadi.

Faktor-faktor penyebabpatahfatique


5/19

<

< >

>MENU

MENU AKHIRI

AKHIRI

Selain tegangan, faktor-faktor lain yangdapat mempengaruhi terjadinya patah

fatik, antara lain :

1. Konsentrasi tegangan pada suatu

bagian benda.

2. Terdapatnya porositas


6/19

<

< >

>MENU

MENU AKHIRI

AKHIRI

Selain itu terdapat banyak variable lain yang juga dapatmempengaruhi fatik seperti konsentrasi tegangan,

temperature, overload, struktur metalurgi, tegangang

sisa, dan tegangan kombinasi

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 makakonstruksi atau elemen mesin akan rusak pada kurun

waktu tertentu.


7/19

>MENUMENU AKHIRIAKHIRI

Jenis beban dinamik sinusoidal ditunjukkan padagambar berikut:

Gambar : a). Beban tegangan bolak-balik (reversed stress), b).Beban tegangan berulang (repeated

stress), c). Beban tegangan tidak beraturan (random stress).


8/19


9/19


Agar elemen mesin tidak gagal akibat patah lelah, makaelemen tersebut haruslah dirancang berdasarkan

kriteria patah lelah. Perancangan elemen mesin

berdasarkan berdasarkan kriteria patah lelah dapat

mencegah terjadinya patah lelah atau jika patah lelahtidak dapat dihindari, maka metode perancangan ini

dapat memberikan kisaran umur elemen mesin dalam

jumlah jam operasi. Dengan diketahuinya perkiraan

umur elemen mesin, maka dapat diambil tindakan

untuk mencegah kerusakan elemen mesin dengan jalan

mengganti elemen mesin dengan yang baru.


10/19


A. Wöhler seorang insinyur kereta api di Jerman membuat mesinuji lelah yang dapat memberikan beban yang diulang-ulang.

Wöhler menemukan beberapa fakta penting tentang fenomena

patah lelah, yaitu :

1. Faktor utama yang mempengaruhi patah lelah adalah

pengulangan beban yang terjadi selama pengujian dan bukanwaktu pengujian.

2. Besi dan baja dapat menahan beban yang diulang-ulang

beberapa kalipun tanpa mengalami patah lelah, asal tegangan

yang terjadi dalam besi dan baja tersebut tidak melebihi

suatu harga tertentu. Untuk beban yang menimbulkan

tegangan bolak balik yang diulang-ulang, tegangan batas yang

tidak menimbulkan patah lelah tersebut kemudian dinamakan

kekuatan lelah.

KekuatanLelahBebanLenturBerputar


11/19


Kemudian R.R Moore membuat mesin uji lelahdengan beban lentur bolak balik seperti gambar

berikut :

Gambar : Mekanisme mesin uji lelah R. R Moore


12/19


Dalam merancang suatu komponen, untuk menentukan tegangan aman yang

di izinkan, para perekayasa sering menggunakan cara estimasi umur fatik

dengan menggunakan pendekatan tegangan. Metode ini merupakan cara

konvensional dan paling simpel, mudah dilakukan untuk aplikasi perencanaan,

sangat baik diterapkan pada kondisi pembebanan elastis, mampu menunjukan

batas rentang pakai yang aman (safe life) bahkan tak hingga (infinite life). serta

sangat tepat untuk perencanaan komponen pada kondisi fatik siklus tinggi.Namun perlu diperhatikan bahwa metode ini tidak cocok untuk kondisi fatik

siklus rendah karena metode ini tidak dapat menghitung pengaruh tegangan-

regangan sebenarnya pada saat terjadi deformasi peluluhan lokal, terbatas

hanya pada material logam terutama baja karena pada material tertentu tidak

dapat menunjukan respon data yang tepat bila menggunakan pendekatan ini.

Syarat utama untuk menggunakan metode pendekatan tegangan mengacupada asumsi perhitungan mekanika benda padat bahwa komposisi material

idealnya homogen, kontinyu dan bebas cacat atau bebas retak. Tujuan utama

menggunakan pendekatan ini pada perencanaan komponen adalah untuk

mendapatkan umur pakai aman bahkan tak hingga.


13/19


Grafik S-N adalah grafik yang didapat dari hasilpengujian fatik yang merupakan grafik hubungan antara

kekuatan fatik dan jumlah siklus pembebanan. Grafik S-

N memberikan banyak informasi sifat fatik karena pada

saat pengujian, dimasukkan faktor geometri, perlakuanpermukaan, kondisi pembebanan, temperatur dan

proses perlakuan material. Kekurangan grafik S-N

adalah tidak dapat memprediksi deformasi plastis lokal

dan efek dari tegangan rata-rata.

KurvaS – N


14/19


Contoh grafik S-N

Gambar : Grafik hasil pengujian lelah (fatigue test)


15/19


Kurva S – N merupakan kurva eksperimental hasil percobaan ujilelah, dengan memberikan beban yang berbeda-beda pada

spesimen yang sama untuk memberikan tegangan yang berbeda

pada daerah di atas dan tepat di bawah batas kekuatan lelah.

Suatu cara umum untuk membuat kurva S – N adalah dengan

memasang spesimen-spesimen yang sama pada mesin uji lelahR.R Moore, dengan memberikan beban yang berbeda-beda untuk

memberikan tegangan yang berada pada daerah di atas dan tepat

di bawah batas ketahanan lelah. Data pengujian yang diperoleh

diplot pada koordinat log-log seperti yang ditunjukkan oleh kurva

S – N mewakili data pengujian lelah.


16/19


Dari grafik diatas terdapat informasi mengenai karakteristik fatikdari material, sumbu horizontal menunjukkan data jumlah siklus

pembebanan dan sumbu vertikal menunjukkan kekuatan fatik.

Pada rentang siklus 107 sampai 108 dapat diamati ada tiga buah

data spesimen yang diberi tanda panah. Arti tanda ini adalah

spesimen belum patah pada saat pengujian dihentikan. Kondisiini dinamakan batas ketahanan material dalam menerima beban

fatik (endurance limit). Tingkat tegangannya dinamakan tegangan

endurance (σe). Untuk merencanakan komponen yang memiliki

umur pakai aman atau bahkan umur tak hingga maka tingkat

tegangan yang diaplikasikan harus dibawah batas teganganendurance nya.


17/19


Faktor Konsentrasi Tegangan Teoritik, Kt

Konsentrasi tegangan merupakan hal yang sangat penting

dipahami karena sebenarnya kegagalan lelah terjadi pada titik di

mana terdapat konsentrasi tegangan yang tinggi pada elemen

mesin seperti pada alur, takik, lubang, ulir, alur pasak, dan

sebagainya. Artinya tegangan yang terjadi pada potongan yang

melalui tempat konsentrasi tegangan, mempunyai harga yang

melebihi harga tegangan nominal teoritik. Beberapa literatur

telah menampilkan harga faktor kosentrasi tegangan untukberbagai jenis pembebanan. gambar dibawah adalah grafik harga

factor kosentrasi tegangan teoritik untuk poros beralur yang

mendapat beban bending.

KonsentrasiTegangan


18/19

Daftar Pustaka


19/19

TerimaKasihDarwin Sebayang

konstruksi mesin-

Documents