Perancangan Mekanika Perpatahan Elastis Lurus (Linear Elastic Fracture Mechanics, LEFM)

Bab 5Ellyawan Arbintarso

Ellyawan Arbintarso 2

Tiga bentuk mode pembebanan untuk meretakkan komponen: (a) Mode I, mode terbuka; (b) Mode II, mode luncuran; (c) Mode III, mode sobekan.

a b c

Bentuk-Bentuk Perpatahan

Ellyawan Arbintarso 3

Untuk beberapa permasalahan rancangan praktis (mode I murni).

Pertama-tama kita harus menguji bagaimana mekanika perpatahan elastis lurus (LEFM) secara efektif digunakan dalam contoh perancangan, kemudian kita akan memberikan penyelesaian analitik untuk beberapa kasus sederhana secara umum menggunakan tes geometri, diikuti dengan suatu pengolahan ketangguhan patah dari bahan teknik yang secara umum digunakan

Ellyawan Arbintarso 4

Filosofi Rancangan Berdasarkan pada Mekanika Perpatahan Elastis Lurus Salah satu prinsip pokok dari

mekanika perpatahan adalah dimana perpatahan tidak stabil terjadi ketika Faktor Intensitas Tegangan (FIT) mencapai suatu nilai kristis KIc, disebut juga ketangguhan patah (fracture toughness).

Ellyawan Arbintarso 5

KIc menampilkan kemampuan yang melekat dari suatu bahan untuk menghadapi suatu intensitas medan stress yang diberikan pada ujung retakan dan untuk bertahan dari pertambahan perpanjangan retak tarik.

Sehingga suatu retak akan menjalar (dibawah mode I murni), kapanpun faktor intensitas tegangan KI (dimana karakteristik kekuatan khusus dari permasalahan yang diberikan) mencapai suatu konstanta bahan KIc

Mekanika Perpatahan Elastis Lurus

Ellyawan Arbintarso 6

Dengan asumsi mekanika perpatahan elastis lurus (LEFM), pada titik pertumbuhan retak yang mulai terjadi:

(ukuran retak a dalam banyak kasus, merujuk pada setengah total panjang

retak)

aK Ic

Mekanika Perpatahan Elastis Lurus

Ellyawan Arbintarso 7

Sehingga untuk rancangan suatu peretakan, atau potensial retak, struktur, seorang insinyur harus memutuskan variabel rancangan apa yang dapat dipilih, sebagai hanya, dua variabel yang dapat ditetapkan, dan yang ketiga harus ditentukan.

Mekanika Perpatahan Elastis Lurus

Ellyawan Arbintarso 8

Variabel rancangan adalah: Sifat bahan: (seperti baja khusus

tahan cairan korosi) Kc ditentukan. Tingkat tegangan rancangan:

(dimana mungkin dipengaruhi oleh pertimbangan berat) ditentukan.

Mekanika Perpatahan Elastis Lurus

Ellyawan Arbintarso 9

Faktor Intensitas Tegangan

Gambar 1: Panel Takikan Sisi Tunggal Tarik (Single Edge Notch Tension, SENT)

2a

c

c

W

Ellyawan Arbintarso 10

Faktor Intensitas Tegangan

Panel Takikan Sisi Tunggal Tarik (SENT) untuk L/W = 2, gambar. 1

Kita meneliti dimana faktor untuk retak kecil (a/W << 1) adalah lebih besar dari pada 1 dan pendekatannya adalah 1,12

aWa

Wa

Wa

WaK I

432

42,3074,2156,1023,012,1

Ellyawan Arbintarso 11

Faktor Intensitas Tegangan

Gambar 2: Panel Takikan Sisi Ganda Tarik (Double Edge Notch Tension, DENT)

2a

c

c

W

2a

Ellyawan Arbintarso 12

Faktor Intensitas Tegangan

Panel Takikan Sisi Ganda Tarik (DENT), untuk L/W = 2, gambar. 2

aWa

Wa

WaK I

32

46,1579,443,012,1

Ellyawan Arbintarso 13

Faktor Intensitas Tegangan

Gambar 3. Lengkung Tiga Titik (Three Point Bend, TPB)

2a

W

BS

P

Ellyawan Arbintarso 14

Faktor Intensitas Tegangan

Lengkung Tiga Titik (TPB), Gambar. 3

33

2

.

.

1212

7,293,315,2199,13

WB

SP

Wa

Wa

Wa

Wa

Wa

Wa

Wa

K I

Ellyawan Arbintarso 15

Faktor Intensitas Tegangan

Gambar 4. Benda uji Tekan Tarik (Compact Tension Specimen, CTS)

a

W B

Ellyawan Arbintarso 16

Faktor Intensitas Tegangan

Benda uji Tekan Tarik (CTS), gambar 4. mengunakan Standar Metode Tes ASTM E-399 (399 n.d) untuk Ketangguhan Patah Bidang Regangan dari bahan Logam.

a

WBP

Wa

Wa

Wa

WaK I

.3615743706,1047,16

432

Ellyawan Arbintarso 17

Kita catat bahwa hal ini tidak ditemukan persamaan yang tepat dalam standar ASTM, tetapi merupakan persamaan yang agak sama dalam bentuk standar

Faktor Intensitas Tegangan