Laporan Praktikum

Laboratorium Teknik Material 1

Modul D Uji Bending

Oleh :

Nama : Dimas Palgunadi

NIM : 13711058

Kelompok : 3

Anggota (NIM) : - Rieza Pahlawan ( 13711005 )

- Hakim Ginanjar ( 13711040 )

- Merdiva Agung Saputra ( 13711057 )

Tanggal Praktikum : 21 Maret 2013

Tanggal Penyerahan Laporan : 25 Maret 2013

Nama Asisten (NIM) : Agung Sriwongo ( 13709004)

Laboratorium Teknik Metalurgi dan Teknik Material

Program Studi Teknik Material

Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara

Institut Teknologi Bandung

2013

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sebagian material yang ada bukan hanya mengalami beban tarik atau tekan

saja, namun kombinasi dari keduanya. Kombinasi dari beban tekan dan tarik

merupakan beban bending (tekukan). Beban jenis ini terdiri dari direct stress,

transverse shear, serta torsional shear. Pengujian untuk beban bending akan

mendapatkan kekuatan lentur dan kekakuan dari material tersebut. Pada

percobaan ini dilakukan uji three point bending, yaitu pemberian beban pada tiga

sumbu.

1.2 Tujuan Praktikum

- Menentukan kekuatan lentur (flexural strength) material.

- Menentukan modulus elastisitas material.

- Mengetahui distribusi momen dan tegangan ketika terjadi pembebanan.

BAB II

TEORI DASAR

Pada pengujian kekuatan lentur dan kekerasan dilakukan dengan

pemberian beban pada material sehingga secara bersamaan mulai terbentuk

tegangan tarik, tekan, dan geser. Beban tersebut akan maksimum pada permukaan

spesimen, serta bernilai nol pada neutral axis-nya. Secara umum pengujian

dilakukan dengan menggunakan dua tipe pembebanan, yakni: 3 point bending dan

4 point bending. Berikut ini merupakan skema pengujian keduanya beserta

diagram gaya geser serta momen lenturnya.

Saat material diberi beban pada daerah elastis, maka akan timbul tegangan

pada penampang melintang sebagai akibat dari momen lentur.

σ = tegangan normal

MB = momen lentur di penampang melintang yang ditinjau

c = jarak dari neutral axis ke elemen yang ditinjau

I = momen inersia penampang

Bila spesimen uji merupakan spesimen berpenampang segiempat, maka tegangan

normal maksimum terjadi saat MB = (PL/4) dengan c = h/2

dan I = (bh3/12). Maka persamaan tegangan normal

maksimumnya:

P = beban yang bekerja

L = panjang spesimen

b = lebar spesimen

h = tebal spesimen

Pemberian beban tersebut mengakibatkan defleksi pada daerah elastis

penampang. Persamaan defleksi adalah:

Persamaan defleksi tersebut dapat digunakan untuk

menentukan nilai E (modulus elastisitas). Kurva hasil pengujian menunjukkan

nilai P (beban yang bekerja) terhadap δ (defleksi):

Maka diperoleh gradien y = Ax + B. Nilai A merupakan P/ δ. Persamaan

dimodifikasi sehingga diperoleh:

δ= PL3

48 EI

δP

= L3

48 EI

Pδ

=48 I

L3E

Diasumsikan y = Pδ

dengan A = 48 I

L3

E = modulus elastisitas bahan spesimen

L = panjang spesimen

I = momen inersia penampang

Keakuratan dari nilai modulus elastisitas tersebut bergantung pada

orientasi spesimen terhadap arah pengerolan, besar butir, tegangan sisa, sejarah

regangan sebelumnya, persiapan spesimen dan dimensinya, orientasi butir

terdeformasi terhadap arah tegangan normal, serta kondisi pengujian (temperatur,

peralatan, dan standarisasi).

BAB III

DATA PERCOBAAN

3.1 Data Percobaan

Material = ST - 37

Panjang Spesimen (l) = 305 mm

Lebar Spesimen (b) = 19,3 mm

Tebal Spesimen (h) = 19,0 mm

Kekerasan Awal = 6 HRa

Kekerasan Akhir = 12 HRa

Jarak Tumpuan = 150 mm

Diameter Penumpu = 30 mm

Beban Maksimum = 27000 N

Mesin Uji = Tarno Grocki

Defleksimeter = Mitutayo

No. Beban (N) Defleksi (mm)

1. 1000 0,06

2. 2000 0,11

3. 3000 0,15

4. 4000 0,19

5. 5000 0,26

6. 6000 0,29

7. 7000 0,32

8. 8000 0,37

9. 9000 0,41

10. 10000 0,45

11. 11000 0,49

12. 12000 0,54

13. 13000 0,61

14. 14000 0,74

Gambar spesimen hasil percobaan:

3.2 Pengolahan Data

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000f(x) = 20944.6651970627 x + 34.7229047612373R² = 0.98094684692177

Kurva P terhadap δ

Deflrksi (mm)

Beba

n (N

)

Melalui regresi linier, diperoleh y = A x + B

y = 20945x + 34,72

Momen inersia penampang:

I= 112

b h3

I=19,3 mm×(19,0 mm)3

12

I = 11031,5583 mm4

Kekuatan lentur :

σ=Mc

I=

PL4

h2

bh3

12

σ=

27000 N ×150mm4

×19,0 mm

2

11031,5583 mm4

σ = 0,8719 GPa

Modulus elastisitas percobaan:

δ= P L3

48 E I

Pδ

=48 EI

L3

tanϴ=48 EI

L3

20945=48 × E ×11031,5583

1503

E=133,4984 GPa

Modulus elastisitas literatur ST 37:

E = 205 GPa

BAB IV

ANALISIS DATA

4.1 Analisis

Uji bending dilaksanakan dengan pemberian beban pada spesimen baik

dengan prinsip 3-point bending maupun 4-point bending. Pada 3-point bending

momen maksimum hanya terbentuk pada satu titik, yaitu pada titik pemberian

beban uji. Namun pada 4-point bending, momen maksimum terbentuk sepanjang

jarak antara titik pembebanan satu dengan titik pembebanan yang lain. Dengan

demikian pengujian yang lebih baik adalah dengan prinsip 4-point bending karena

daerah pengujian lebih panjang sehingga lebih mudah diamati. Kekurangan dari

prinsip 3-point bending adalah titik yang diuji defleksinya belum tentu

merupakan titik dimana momennya meksimum. Namun pada percobaan kali ini

digunakan prinsip 3-point bending.

Spesimen yang digunakan dalam percobaan ini adalah ST – 37. Setelah

pengujian, spesimen menekuk (mengalami deformasi plastis) tanpa ada retakan

dan tidak patah. Tebal dari mengalami perbedaan, dimana tebal didalam tekukan

(daerah tekanan) menjadi lebih gendut dibanding tebal di luar tekukan (daerah

terikan). Fenomena tersebut diakibatkan karena sentroid spesimen turun pada titik

pembebanan. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa spesimen uji bersifat

ulet.

4.2 Interpretasi Data Percobaan

Sebelum melakukan pengujian bending, dilakukan uji kekerasan terlebih

dahulu. Didapat kekerasan spesimen sebelum uji bending adalah sebedar 6 HRA.

Kemudian kekerasa spesimen setelah uji bending adalah sebesar 12 HRA.

Terdapat peningkatan kekerasan setelah pemberian beban bending. Peningkatan

tersebut diakibatkan oleh adanya dislokasi butir pada daerah deformasi plastis,

serta adanya residual stress (tegangan dari pembebanan bending terserap sebagian

oleh spesimen) sehingga akan menyebabkan material mengalami strain hardening

dan kekerasannya pun bertambah.

Dari percobaan didapat data beban (N) dan defleksi (mm). Data diregresi

sehingga diperoleh nilai tan ϴ. Nilai tersebut digunakan untuk mencari nilai

modulus elastisitas (E) dari spesimen. Untuk mencari nilai momen inersia

digunakan data tebal spesimen dan lebar spesimen. Kemudian kekuatan lentur

dapat dihitung dari data jarak tumpuan, beban maksimum, serta nilai momen

inersia yang diperoleh sebelumnya.

Modulus elastisitas hanya berlaku pada daerah elastisitas material. Nilai E

hasil percobaan adalah 133,4984 GPa sementara nilai modulus elastisitas ST-37

literatur adalah 205 GPa. Terdapat perbedaan nilai modulus elastisitas yang cukup

besar. Hal ini desebabakan oleh kesalahan prosedur praktikum. Yaitu pada saat

menempatkan defleksimeter pada spesimen kurang tepat (tidak tepat pada titik

pembebanan), atau kesalahan dalam pembacaan nilai defleksi pada alat karena

pembacaan dilakukan secara manual dan cepat.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

- Kekuatan lentur (flexural strength) spesimen adalah 0,8719 GPa.

- Modulus elastisitas material hasil percobaan adalah 133,4984 GPa.

- Distribusi momen pada uji 3-point bending adalah berbentuk segitiga

dimana nilai maksimum terdapat pada titik pembebanan.

5.2 Saran

Sebaiknya percobaan dilakukan dengan lebih teliti, terutama pada saat

pembacaan nilai defleksi agar nilai modulus elastisitas serta kekuatan lentur yang

diperoleh mendekati literatur. Sebisamungkin menempatkan defleksimeter tepat

pada titik pembebanan.

DAFTAR PUSTAKA

Callister, William D. 2003. Materials and Science Engineering An Introduction. 6th edition. New York: John Wiley & Sons, Inc. p. 485-490.

Dieter, G. E. 1988. Mechanical Metallurgy. SI Metric Edition. UK: Mc Graw-Hill Book Co. p. 3-16.

Hibbeler, R. C. 2011. Mechanics of Materials. 8th edition. USA: Pearson Prentice

Hall. p. 179 - 239.

LAMPIRAN

Tugas Setelah Praktikum

1. Buat kurva antara P - δ dari data uji lentur, dengan menggunakan persamaan garis regresi linier.

2. Hitung harga Flexural Strength dan Modulus Elastisitas dengan menggunakan kurva tersebut.

3. Bandingkan harga Modulus Elastisitas yang diperoleh dari literatur dan percobaan, bila ada perbedaan jelaskan mengapa hal itu bisa terjadi!

4. Bandingkan keadaan kekerasan akhir (setelah diuji bending pada daerah yang

terdeformasi plastis) dengan kekerasan awal (sebelum diuji bending) dan

jelaskan.

Jawab:

1. Kurva P - δ dari data percobaan:

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000f(x) = 20944.6651970626 x + 34.72290476124R² = 0.98094684692177

Kurva P terhadap δ

Deflrksi (mm)

Beba

n (N

)

2. Kekuatan lentur :

σ=Mc

I=

PL4

h2

bh3

12

σ=

27000 N ×150mm4

×19,0 mm

2

19,3 mm×(19,0 mm)3

12

σ = 0,8719 GPa

Modulus elastisitas percobaan:

δ= P L3

48 E I

Pδ

=48 EI

L3

tanϴ=48 EI

L3

20945=48 × E ×11031,5583

1503

E=133,4984 GPa

3. Modulus elastisitas hanya berlaku pada daerah elastisitas material. Nilai E hasil

percobaan adalah 133,4984 GPa sementara nilai modulus elastisitas ST-37

literatur adalah 205 GPa. Terdapat perbedaan nilai modulus elastisitas yang cukup

besar. Hal ini desebabakan oleh kesalahan prosedur praktikum. Yaitu pada saat

menempatkan defleksimeter pada spesimen kurang tepat (tidak tepat pada titik

pembebanan), atau kesalahan dalam pembacaan nilai defleksi pada alat karena

pembacaan dilakukan secara manual dan cepat.

4. Didapat kekerasan spesimen sebelum uji bending adalah sebedar 6 HRA.

Kemudian kekerasa spesimen setelah uji bending adalah sebesar 12 HRA.

Terdapat peningkatan kekerasan setelah pemberian beban bending. Peningkatan

tersebut diakibatkan oleh adanya dislokasi butir pada daerah deformasi plastis,

serta adanya residual stress (tegangan dari pembebanan bending terserap sebagian

oleh spesimen) sehingga akan menyebabkan material mengalami strain hardening

dan kekerasannya pun bertambah.

Tugas Tambahan

1. Cari uji dinamis untuk elastisitas.

Jawab:

Uji dinamis untuk menentukan modulus elastisitas dari material adalah

dengan metoda vibrasi. Metoda tersebut meliputi metoda frekuensi resonansi dan

metoda perambatan gelombang suara didalam suatu bahan. Perubahan sifat

mekanik material dapat ditentukan dengna mengukur frekuensi resonansi

(memenfaatkan getaran) dari spesimen uji.

λ=v ×T

v=λ × f

Terdapat persamaan untuk kecepatan rambat pada bidang solid:

v longitudinal=√ E (1−μ)ρ (1+μ )(1−2μ)

dan v geser=√ E2 ρ(1+μ)

Sehingga dapat disimpulkan bahwa

v=k √ Eρ

dengan k merupakan faktor pengali yang berubah sesuai jenis getaran.

Dari kedua persamaan diatas:

v=v

λ × f =k √ Eρ

(λ × f )2=k 2 Eρ

E ≈ρ×(λ × f )2

k2

Modulus elastisitas dapat dicari dengan mengetahui frekuensi rambat

gelombang pada spesimen dan masa jenis dari spesimen tersebut. Metoda vibrasi

ini cenderung lebih tepat dibanding dengan uji statis (uji bending, uji tarik, uji

keras, dll) karena bersifat lebih mikroskopis (berhubungan dengan atom dari

molekul spesimen), sehingga terdapat eror atau kesalahan yang lebih sedikit.

2. Rangkuman modulus elastisitas.

Jawab:

Menurut hukum Hooke, modulus elastisitas (E) merupakan nilai konstan

dari perbandingan tegangan (σ) dengan regangan (ε).

E=σε=

PA

∆ ll

Deformasi dengan nilai tegangan dan regangan sebanding biasa disebut dengan

deformasi elastis. Modulus tersebut sering juga dikenal sebagai kekakuan dari

material. Semakin besar modulus elastisitas maka semakin kaku material tersebut.

Pada skala atomik, regangan elastisitas mikroskopis merupakan perubahan kecil

pada jarak antar atom dan kekuatan ikatan antar atom. Semakin jauh jarak antar

atom maka modulus elastisitasnya semakin kecil dan mengakibatkan sifatnya

semakin lentur. Lentur disini berarti mempunyai kamungkinan untuk menambah

jarak/merenggang antar atom tanpa memutuskan ikatan (patah/gagal) bila diberi

gaya persatuan luas (tegangan).

v∝ dsdt

F∝ dvdt

E∝ dFdr

E=

FA∆ ll

3. Perbedaan pembebanan tekan dan tarik.

4. Nick Bending.