Kuliah Ke 8-Mekanika Retakan

7/23/2019 Kuliah Ke 8-Mekanika Retakan

http://slidepdf.com/reader/full/kuliah-ke-8-mekanika-retakan 1/33

kusharjanto, metalurgi-unjani

1

Aplikasi Mekanika

Retakan pada AnalisisKegagalan Logam




2

Konsep dasar mekanika retakan

Mekanika retakan adalah suatu metodadalam menganalisis patahan secara

matematik yang dapat menentukan

besarnya beban atau tegangan yangmenyebabkan patah getas dari suatu

struktur yang mengandung retakan

dengan geometri dan dimensi tertentu

yang sebelumnya sudah diketahui.




3

Memberikan jawaban atau uraian

secara kuantitatif pada masalah

spesik tentang inisiasi dan

perambatan retakan pada struktur atau

komponen.

Tujuan




4

Mekanika retakan secara

spesifk menjawab:!."erapa kekuatan sisa dari material

sebagai fungsi dari panjang retakan.

#."erapa nilai panjang kritis $ukuran

retakan maksimum yang diijinkan%

sebelum terjadi patah getas pada

beban atau tegangan operasi.




5

&."erapa lama laju penjalaran retakan

$da'dt% dari ukuran awal $ai

% ke

ukuran kritis $ac%.

(."erapa umur sisa $remaining lie%

dari struktur atau komponen yangmengandung retakan dalam service

$damage tolerance design%.

).*eberapa sering inspeksi dilakukanuntuk memonitor retakan.




6




7

• Kekuatan sisa dari material.

• +anjang retakan maksimum yangdiijinkan $kritis%.

• ,aktu penjalaran retakan'sisa umur

dari material.• -nteral waktu inspeksi.

/al yang ingin diketahui $semuanya

atau sebagian%




8

/al diatas semua saling berhubungan

seperti digambarkan secara skematik

dibawah ini

X

0 l a w

s i 1 e

Time

Useful servicelife

failure




9




10

!.Tegangan $σ%.

#.Akar panjang retakan $√a%.

&.*ifat mekanik material2 3 dan e

$modulus 4oung dan energi

permukaan elastik per luaspenampang%.

+ertambahan retakan dikendalikan ol




11

Tegangan lokal di dekat sebuah retakan

atau takikan bergantung dari produk

tegangan $σ

% dan akar panjang retakan$√a%.

/ubungan ini disebut faktor intensitas

tegangan $K%2 di mana untuk retakanelastik yang sangat tajam dalam sebuah

pelat dengan lebar tak terhingga

$infnite% K didenisikan sebagai

aK .π σ =5engan dimensi'satuan psi

√

in atau M+a√

m.




12

6ntuk material yang mempunyai

dimensi tertentu $fnite% persamaan di

atas dikoreksi dengan faktor ukuran

spesimen f$a',%2 sehingga

=W af aK ..π σ

di manaa 7 panjang retakan

, 7 lebar spesimen




13

/arga8harga f$a',% untuk berbagaikongurasi geometri retakan.




14




15

0aktor intensitas tegangan $K -%2 dalam

kondisi kritis disebut K -9 $FractureToughness%.

=W a aK I ..π σ




16

+arameter K -9

mencerminkan!.Ketangguhan material terhadap

perambatan retakan'patah getas.

#.Karakteristik material sama seperti

nilai σy dan σ6T* yang merupakan fungsi

metalurgis $struktur kristal2 komposisi

kimia'paduan2 proses2 struktur mikro

dan temperatur%.




17

K -9 independent $tidak tergantung%

terhadap panjang retakan2 geometri

dan sistem pembebanan.

9ontoh nilai K -9 untuk berbagai jenis

bajaMaterial

4ieldstrength

σy $M+a%

0ractureToughness

K -9 $M+a√

m%

Low carbon steelLow carbon steel 600600 100100

Maraging steelMaraging steel 17301730 9090

18 Ni (300 !araging18 Ni (300 !araging 190"190" 6060




18

• !ilai K I berbanding lurus dengan

ketangguhan terhadap impact test"

tetapi K I cenderung menurun dengan

kenaikan kekuatan luluhn#a$

• Makin keras %getas& material" makin

rendah nilai K I'n#a" artin#a material

tersebut lebih mudah untuk

mengalami patah getas$

• (ebalikn#a" makin ulet material"

makin tinggi nilai K I'n#a" atau makin

sukar mengalami patah getas$




19

:ika persamaan dituliskembali dan anggap f$a',% 7 !2 maka

=W

af aK I ..π σ

..aK K I π σ ==

+ilihan material$disain

material%

Tegangan operasiyang diijinkan

$disain tegangan%

6kuran retakanyang diijinkan atauyang mamputerdeteksi olehmetoda ;5T

)ersamaan di atas men#atakan hubunganantara ketangguhan terhadap retakan%siat material&" tegangan operasi #angdiijinkan %tegangan maksimum& dan panjang retakan$




20

0racture $patah'gagal% terjadi :-KA

#

2

.

2

.

⟩

⟩

⟩=

σ

π

σ

π σ

I

I

II

K aatau

a

K atau

K K a

*okasi di bawah garis" material akan aman" sebalikn#alokasi di atas garis material akan gagal$ Kombinasi daritegangan dan ukuran retakan #ang dialami oleh material

komponen dan struktur akan menentukan kondisi akhirmaterial tersebut$

/ubungan antara K -92 σop dan ac yang

digunakan dalam disain mekanik.




21

+enjalaran retakan subkritis8fatigue6ntuk beban statik

= W a aK ..π σ

6ntuk beban siklik

∆=∆W a aK ..π σ

5engan f$a',% adalah faktor geometrik

dari retakan dan komponen dengangeometri tertentu.

K 7 K ma< = K min2 adalah rentang intensitas

tegangan




22

+ola beban siklik sebagai fungsi dari waktuserta parameter8parameter yangberhubungan.




23

:ika benda dengan sebuah retakan awal

$ai%2 dikenai beban siklik2 maka retakan

akan bertambah panjang sebagai fungsi

dari jumlah siklik.

Kondisi ini berlangsung terus sampai

suatu saat panjang retakan mencapai

nilai kritis $ac%2 yang berhubungandengan jumlah siklik tertentu $;c%.




24

*etelah itu perambatan retakan

berubah menjadi tidak stabil2 dan

accelerated dan dalam tempo yang

singkat benda akan patah atau gagal.

Tergantung dari besar beban siklik2

panjang retakan kritis ini bisa tercapai

dalam waktu yang relatif lebih cepatatau lebih lambat.




25

+erambatan retakan sebagai fungsi dari

jumlah siklik $;% dan besar beban $+%




26

6ntuk rentang beban tertentu $ +%2dapat ditentukan da'd; sebagai fungsidari σ atau K.

+lot da'd; s K terlihat seperti dibawah ini yang disebut kura lajupenjalaran retakan sebagai fungsi darirentang intensitas tegangan.

- -- ---

L o g s c a l e 2

d a ' d ;

K thLo scale K

K 9




27

0ase - 7 microstructure sensitie$metallurgy%

0ase -- 7 mechanics sensitie$continuum mechs.%

0ase --- 7 microstructure sensitie$metallurgy%

5ari kura da'd; s K $sigmoidal cure%




28

>ona - = K th 7 range intensitas

tegangan rendah $threshold 'ambang

batas%. :ika ada beban siklik yang

menghasilkan nilai K dibawah itu2

maka retakan tidak akan menjalar.

>ona --- = nilai K maksimum tertentu

terpenuhi2 maka benda akan patah2nilai maksimum K ini adalah K -9 atau

K 9.




29

>ona -- = dari sisi disain teknik2 fase --

merupakan daerah terpenting.

5i 1ona -- $stead#'state% ini lajupenjalaran retakan dapat digambarkan

sebagai

( )mK d!da ∆=

di mana 9 dan m adalah konstanta empirik.

+ersamaan di atas disebut )aris)aris

*aw$*aw$




30

Rangkuman dan kesimpulan

Mekanika retakan digunakan dalam

disain dengan cara memperhitungkan

kehadiran retakan'cacat $ pre'crack %

didalam material.

)re'crack $mikro% selalu dianggap

hadir pada komponen'struktur.

Kehadiran sebuah retakan tersebut

akan meningkatkan tegangan lokal.




31

:ika situasi medan tegangan di

ujung retakan memungkinkan2 makaretakan dapat menjalar sampai

panjang kritis dan benda akan

patah'gagal.

Kriteria patah ditentukan dengan

memperhitungkan faktor intensitas

tegangan kritis $K -9% atau disebut

dengan +Fracture Toughness,+Fracture Toughness,.




32

K -9 merupakan sifat mekanik material

dan mencerminkan ketahanan

material terhadap patah getas. Makin

tinggi nilai K -92 makin tangguh

material terhadap patah getas.

5engan mekanika retakan2 kekuatan

sisa2 laju penjalaran retakan dan

umur pakai suatu komponen dan

struktur dapat diprediksi2 sehingga

program inspeksi dan perawatan

dapat berjalan dengan lebih efektif

dan esien.



kusharjanto metalurgi unj 33

+endekatan dari segi kekuatanmaterialTeganga

naplikasi

Kekuatan luluh

atau kekuatantarik

+endekatan dari segi mekanika

retakan Tegangan

aplikasi

6kuran

cacat

0racture

Toughnes

Kuliah Ke 8-Mekanika Retakan

Documents

Transcript of Kuliah Ke 8-Mekanika Retakan