Post on 18-Jun-2015
description
TUGAS PENDAHULUAN MODUL E
UJI FATIGUE
OLEH
KELOMPOK : 28
ANGGOTA KELOMPOK : 1. Astrid Parama N (13406026)
2. Bona Mangkirap (13406043)
3. Irma Sofiani (1340049)
4. Nadia Fadhilah Riza (13406069)
5. Prilla Sista LJ (13406080)
6. Ira Wulandari (13406094)
PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2007
BAB I
PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Kegagalan suatu material selama ini kebanyakan disebabkan oleh beban
dinamik. Pembebanan dinamik adalah suatu pembebanan dengan
melibatkan tegangan aksial (tarik-tekan), fleksural (bending) dan torsional
(puntiran) yang berfluktuasi. Meskipun tegangan yang diterima oleh material
lebih rendah dari harga tegangan luluhnya, kegagalan dapat saja terjadi
pada suatu saat. Kegagalan yang disebabkan oleh beban dinamik ini
disebut dengan fatigue failures.
Banyak komponen dan elemen mesin didesain dengan memberikan
perhatian yang besar terhadap beban yang dinamik. Contoh komponen
yang mengalami beban dinamik adalah jembatan, kompresor, Turbine
Blade, serta pompa. Dengan berjalannya waktu, serta periode pembebanan
yang berulang-ulang, setiap komponen itu akan dapat mengalami
kegagalan tanpa ada tanda yang jelas dan mudah diamati.
2. Tujuan Praktikum
1) Mengetahui perilaku material oleh beban dinamik
2) Mengetahui metode untuk menentukan kekuatan lelah serta batas
lelah suatu material
3) Memahami mekanisme dan bentuk patahan suatu material akibat
fatigue failure
BAB II
TEORI DASAR
Batas lelah merupakan batas tegangan suatu spesimen saat spesimen tersebut
masih dapat menerima tegangan bolak-balik yang tak hingga tanpa terjadi patah.
Batas lelah material dapat ditentukan dari pengujian lelah lentur putar (rotary
bending fatique test) terhadap beberapa specimen uji. Beban yang diberikan
pada masing-masing specimen uji dibuat berbeda-beda.
Bentuk penampang patahan akibat pembebanan dinamik dapat dicirikan oleh
adanya :
a. Retakan awal (crack inisiation)
b. Daerah rambatan retak (crack growth)
c. Daerah beban berlebih (overload area)
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 maka kostruksi atau
elemen mesin akan rusak pada kurun waktu tertentu.
Jenis beban dinamik sinusoidal ditunjukkan pada gambar berikut :
a. Beban tegangan bolak-balik (reversed stress)
b. Beban tegangan berulang (repeated stress)
c. Beban tegangan tidak beraturan (random stress)
Tiga factor utama penyebab kelelahan adalah
(1) tegangan maksimum bernilai tinggi,
(2) variasi tegangan,
(3) siklus tegangan yang besar.
Selain itu terdapat banyak variable lain seperti konsentrasi tegangan,
temperature, overload, struktur metalurgi, tegangan sisa, dan tegangan
kombinasi.
Fatigue limit atau batas lelah material basis besi dan bukan besi dapat diketahui
dari kurva S-N yaitu kurva tegangan (S) terhadap banyaknya siklus (N). Berikut
adalah kurva S-N :
Berdasarkan kurva S-N kita dapat memperoleh persamaan-persamaan sebagai
berikut:
Range of stress:
minmax r
Alternating stress:
22
minmax
r
a
Mean stress:
2
minmax
m
Stress Ratio
max
min
R
Amplitude ratio
A am
1 R
1 R
BAB III
DATA PERCOBAAN
Material : ST 37
Nama Mesin : Tarno Grochi
Dari data yang diberikan asisten, didapat :
No. σmax σmin σm σr σa R A
1 20 -100 -40 120 60 -5 -1.5
2 100 60 80 40 20 0.6 0.25
3 250 -100 75 350 175 -0.4 2.33
4 150 25 87.5 125 62.5 0.167 0.71
5 150 -50 50 200 100 -0.33 2
6 200 -125 37.5 325 162.5 -0.63 4.33
7 100 75 87.5 25 12.5 0.75 0.14
KURVA GOODMAN
Yield strength
Tensile Strength
-700
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500
Tensile strength (σu) : 370 MPa
Yield strength (σ y ) : 285 MPa
σ e = σ f = u2
1=185 Mpa
BAB IV
ANALISIS
Diagram Goodman :
Diagram Goodman untuk material St-37
σmax
σy
σu
σmin
Diagram Goodman dari data yang diberikan :
σmax = 20
σy
σu
σmin = -100
Data 1
σmax = 250
σy
σu
σmin = -100
Data 3
σmax = 100
σy
σu
σmin = 60
Data 2
σmax = 150
σy
σu
σmin = 25
Data 4
Dari kurva-kurva diatas dapat dilihat terdapat beberapa kondisi pembebanan berada
didalam batas aman sehingga material tidak mengalami kerusakan karena tegangan.
σmax = 200
σy
σu
σmin = -125
Data 6
σmax = 100
σy
σu
σmin = 75
Data 7
σmax = 150
σy
σu
σmin = -50
Data 5
Tugas Setelah Praktikum
1. Asisten akan membebankan data hasil uji lelah terhadap material, dengan
menggunakan data tersebut gambarkan kurva tegangan terhadap jumlah
siklus (kurva S – N)
Jawab:
Kurva tegangan terhadap jumlah siklus (kurva S-N)
2. Tentukan batas lelah dari soal no.1!
Jawab:
Batas Lelah (Fatigue Limit)
σ e = σ f = u2
1=185 Mpa
3. Dengan menggunakan buku standar material atau literature lainnya, ambil
harga kekuatan tarik (u ) dan batas luluh material (y) soal no. 1!
Jawab :
Kekuatan tarik (σu) dan batas luluh material (σy)
σu = 370 MPa
Number of cycle to failure
E
106
Stress
σy = 285 MPa
4. Buatlah analisa permukaan patahan dari spesimen yang saudara gunakan
dalam pengujian ini!
Jawab:
Analisis permukaan patahan spesimen
Dalam uji fatigue ini praktikan tidak melakukan pengujian secara
langsung, sehingga tidak dapat mengamati permukaan patahan
spesimen.
Tugas Tambahan
Jika pada permukaan material terdapat crack yang berarti fatigue life rendah,
bagaimana cara meningkatkan fatigue life pada suatu material?
Memperhalus permukaan dan mengurangi beban yang diberikan
BAB V
KESIMPULAN
Dengan melakukan pengujian fatigue dapat ditentukan batas lelah dari
suatu material, sehingga dapat diketahui berapa batas beban tertentu
dimana material tersebut tetap aman untuk digunakan.
Dari kurva Goodman suatu material tidak akan mengalami deformasi
plastis apabila suatu titik terdapat di dalam area beban yaitu area di
antara garis σ max, garis σ min dan titik σ y . Bila suatu titik terletak di luar
area tersebut maka material akan mengalami deformasi plastis atau
patah.
Fatigue limit ST 37 yang diperoleh dari hasil perhitungan diatas adalah
185 MPa. Fatigue limit atau endurance limit adalah setengah dari
kekuatan tarik (tensile strenght).