LAPORAN PRAKTIKUMPENGUKURAN REGANGAN

Raras Ayusyalita (13612027)

Laboratorium Struktur RinganAeronotika dan Astronotika Fakultas Teknik Mesin dan DirgantaraInstitut Teknologi Bandung2014

1. Tujuan Praktikuma. Menentukan regangan pada specimen uji tarik dengan menggunakan strain gage.b. Menentukan sifat-sifat mekanik suat materialc. Membandingkan hasil penghitungan pada eksperimen dengan hasil penghitungan secara teoritis.

2. Dasar Teori

Pengetahuan mengenai regangan pada suatu struktur yang menerima beban sangat lah penting. Berdasarkan hukum Hooke, harga regangan yang didapat, dapat langsung diolah untuk menghitung tegangan. Pada umumnya, pada material logam, hubungan antara tegangan dan regangan digambarkan y kurva diagram tarik yang menununjukkan adanya daerah linear elacstic dan daerah plastis. Ada banyak metode dalam pengukuran regangan. Metode yang paling dikenal adalah menggunakan strain gage. Strain gage ditempel langsung pada specimen uji. Dengan demikaian, strain gage yang tediri dari kawat-kawat halus yang akan mengakibatkan penambahan panjang pada kawat sensor tersebut. Selanjutnya dengan prinsip dasar terjadinya perubahan hambatan elektrik logam akibat perubahan panjang maka besarnya regangan dapat diukur. Karena kecilnya perubahan hambatan, maka dalam praktik, harganya tidak diukur langsung dengan alat pengukur hambatan melainkan melalui rangkaian wheatstone bridge. Pada saat tahanan strain gage mengalami perubahan tahanan, akan terjadi perubahan tegangan yang dapat diturunkan dengan menggunakan hukum Kirchoff, yaitu sebagai berikut

)

Rangkaian jembatan wheatstone pada dasarnya bisa terdiri dari 3 jenis yakni quarter bridge, half bridge, dan full bridge. Quarter bridge merupakan jenis rangkaian yang paling sederhana dimana sebuah strain gage menggantikan satu dari empat tahanan pada jembatan wheatstone. Selanjutnya, half bridge dimana dua buah strain gage menggantikan dua dari empat tahanan pada jembatan wheatstone. Tiga jenis rangkaian jembatan wheatstone ini dapat digunakan sesuai dengan kondisi dan kebutuhan pengukuran.Sensitivitas pada setiap jenis rangkaian jembatan wheatstone, didefinisikan sebagai rasio dari perubahan pada tegangan output dibandingkan dengan perubahan dari tahanan pada strain gage saat mengalami regangan.Half bridge akan memiliki sensitivitas dua kali lipat dibandingkan dengan quarter bridge untuk pengukuran regangan yang sama, dan quarter bridge, full bridge, memiliki sensitivitas empat kali lipat dibanding quarter bridge untuk pengukuran regangan yang sama. Besarnya regangan yang dapat dihitung dari analisis menggunakan jembatan wheatstone dapat dirumuskan sebagai

n: Jumlah strain gage aktifE: Beda tegangan outputV: Tegangan inputS : Strain gage factor Pada percobaan ini strain gage ditempel pada permukaan yang akan ditarik.Sebuah specimen yang memiliki luas penampang A dan panjang L diberi beban aksial F, maka tegangan aksial dan regangan aksial yang dialami oleh batang dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

dan

Selama suatu material masih berada dalam zona elastisnya, maka berlaku Hukum Hooke, yang dinyatakan sebagai

Dengan E adalah modulus Young. E memberikan gambaran mengenai ukuran kekakuan suatu material. 3. Prosedur Praktikum3.1. Alat dan Bahan1. Signal conditioner (Kyowa tipe CDV 700A)2. Box jembatan (dengan rangkaian quarter bridge)3. Strain gage4. Specimen5. Komputer6. Multimeter7. Alat uji tarik berkapasitas 5kN (Lloyd Nexygen Plus)3.2. Langkah Kerja1. Ukur besar impedansi strain gage dengan menggunakan multimeter untuk memastikan strain gage masih dalam kondisi baik.Besaran impedansi yang digunakan adalah 1200,3, sesuai dengan yang tercantum pada spesifikasi desain strain gage yang ditunjukkan pada kemasan strain gage. Pastikan kabel strain gage belum terhubung ke bridge box.2. Ukur dimensi specimen, yang terdiri dati ketebalan specimen (t), gage width (W), dan gage length (G).3. Rangkai kabel strain gage pada bridge box dengan jenis quarter bridge.4. Hidupkan mesin uji tarik, lalu pasang specimen yang sudah dilengkapi dengan strain gage.5. Input data besaran gaya dan laju pertambahan panjang (extension rate) yang akan diberikan kepada specimen uji tarik dalam perangkat lunak (Nexygen) yang telah tersedia pada komputer. Besaran gaya yang dimasukkan adalah 2 kN, sedangkan laju pertambahan panjang 0,5 mm/min. Lalu input pula data dimensi specimen, sesuai dengan hasil pengukuran yang telah dilakukan pada poin 2.6. Lakukan balancing rangkaian wheatstone bridge sehingga U=0 dengan menekan tombol autobalance di panel depan signal conditioner. Bila perlu lakukan fine tuning dengan memutar sekrup R shift dengan obeng kecil.7. Lakukan pengujian dengan pencatatan data keluaran bridge untuk setiap kenaikan gaya 100 N.8. Ubah data regangan yang merupakan keluaran pada signal conditioner berupa voltase menjadi untuk diproses lebih lanjut ().Untuk specimen uji tarik tanpa strain gage, berikut merupakan prosedur praktikum yang harus dilakukan antara lain:1. Ukur dimensi specimen, yang terdiri dari ketebalan specimen (t), gage width (W), dan gage length (G).2. Hidupkan mesin uji tarik, lalu pasang specimen pada mesin uji tarik.3. Lakukan persiapan input data ke dalam perangkat lunak Nexygen yang telah tersedia pada komputer. Besaran gaya yang dimasukkan adalah 4 kN, sedangkan laju pertambahan panjang adalah 0,5 mm/min. Lalu input pula dimensi specimen sesuai dengan hasil pengukuran yang sudah dilakukan sebelumnya pada poin 1.4. Lakukan pengujian sampai dengan specimen patah, lalu simpan data yang terekam pada data akuisisi.

4. Hasil dan AnalisisDimensi SpesimenSpesimen 1Spesimen 2

Tebal,t (mm)0,750,75

Lebar, W (mm)12,5512,55

Gage Length, G (mm)7676

Luas Area, A (mm2)9,3759,375

1. Hasil Uji Tarik Spesimen dengan Menggunakan Strain Gage ( specimen tidak sampai patah) V=Voltase yang terukur - 0.002; Voltase Awal= 0.002Gaya (N)Voltase (V)CalibrationReganganTegangan (MPa)Modulus Elastisitas E (Mpa)

Voltase x 10mVCalibration x 1000

1000.0070.050.0000510.67213333.33

2000.0180.160.0001621.33133333.33

3000.0300.280.0002832.00114285.71

4000.0430.410.0004142.67104065.04

5000.0560.540.0005453.3398765.43

6000.0700.680.0006864.0094117.65

7000.0850.830.0008374.6789959.84

8000.0990.970.0009785.3387972.51

9000.1131.110.0011196.0086486.49

10000.1271.250.00125106.6785333.33

11000.1431.410.00141117.3383215.13

12000.1561.540.00154128.0083116.88

13000.1701.680.00168138.6782539.68

14000.1851.830.00183149.3381602.91

15000.2001.980.00198160.0080808.08

16000.2152.130.00213170.6780125.20

17000.2302.280.00228181.3379532.16

18000.2462.440.00244192.0078688.52

19000.2602.580.00258202.6778552.97

20000.2752.730.00273213.3378144.08

E95698.91

E95.69891

Modulus Elastisitas : 95.7 0.4 GPa2. Hasil Uji Tarik Spesimen tanpa Menggunakan Strain Gage ( sampai specimen patah)

Load (N)Extension(mm)ReganganStress (Mpa)E(Mpa)

167.510.13690.0001817.8677333399192.67592

409.190.312340.0004143.64693333106203.7182

632.030.486380.0006467.41653333105342.6649

871.670.662690.0008792.97813333106631.1267

1101.20.837070.00110117.4613333106646.5329

1334.11.01330.00133142.304106731.5109

1559.31.18650.00156166.3253333106537.9295

1786.91.36560.00180190.6026667106076.4694

2000.11.53890.00202213.344105361.9079

22181.71550.00226236.5866667104812.5134

2429.81.88930.00249259.1786667104258.6072

2633.42.06590.00272280.896103335.5729

2827.22.24110.00295301.568102267.4936

3005.72.41660.00318320.608100828.4698

3168.92.58880.00341338.01699232.13844

33052.76430.00364352.533333396923.3923

3415.72.94060.00387364.341333394164.25673

3499.33.12010.00411373.258666790919.06883

3554.13.30190.00434379.10487258.56022

3609.43.48090.00458385.002666784059.30267

3654.93.65720.00481389.85681015.68413

3716.93.84490.00506396.469333378367.8882

3747.74.01220.00528399.754666775722.43325

3788.74.19170.00552404.12873272.72467

3826.34.36520.00574408.138666771058.68841

3858.64.54280.00598411.58468857.05732

3895.74.71790.00621415.541333366938.97991

3926.54.89430.00644418.826666765036.52548

3962.45.07340.00668422.65663314.25868

3988.65.24970.00691425.450666761592.56846

4029.75.42820.00714429.834666760180.97098

4063.85.60810.00738433.47258743.37476

4092.85.78810.00762436.565333357322.72306

4110.25.95990.00784438.421333355907.0141

4153.96.14260.00808443.082666754820.89452

4183.96.31910.00831446.282666753674.54648

4196.76.49410.00854447.64852387.93366

4224.46.67040.00878450.602666751339.95363

4252.56.84830.00901453.650338.91623

4280.37.02610.00924456.565333349385.81195

4307.27.21260.00949459.434666748411.16195

4319.87.38440.00972460.778666747423.18762

4355.77.5660.00996464.60846669.58499

43847.74970.01020467.626666745859.358

4401.37.92380.01043469.47245028.73874

4434.58.10750.01067473.013333344340.44198

4435.48.27220.01088473.109333343466.44101

4458.58.45270.01112475.573333342759.79667

4476.58.63080.01136477.493333342046.50013

4485.68.80270.01158478.46441309.21649

4501.98.98270.01182480.202666740628.5445

4537.99.16880.01206484.042666740122.19992

4542.69.34190.01229484.544

4554.29.51610.01252485.7813333

4573.89.69710.01276487.872

4585.79.87380.01299489.1413333

4603.410.0540.01323491.0293333

4610.810.2260.01346491.8186667

462110.4040.01369492.9066667

4636.810.5870.01393494.592

4651.510.7710.01417496.16

4655.410.9380.01439496.576

4689.211.1320.01465500.1813333

4682.711.2990.01487499.488

4709.911.4850.01511502.3893333

4717.911.6690.01535503.2426667

4715.911.8330.01557503.0293333

4732.412.0130.01581504.7893333

4728.212.1840.01603504.3413333

4743.612.3670.01627505.984

4746.712.5420.01650506.3146667

4762.212.7210.01674507.968

4768.612.9020.01698508.6506667

4773.313.0780.01721509.152

4796.613.2620.01745511.6373333

4795.413.4380.01768511.5093333

4796.313.6130.01791511.6053333

4793.613.7870.01814511.3173333

4807.713.9720.01838512.8213333

4803.814.1490.01862512.4053333

4813.414.3390.01887513.4293333

4806.414.4990.01908512.6826667

4816.214.6880.01933513.728

482514.8630.01956514.6666667

4813.115.0390.01979513.3973333

4735.215.2160.02002505.088

-19.70815.4570.02034-2.102186667

-19.2615.6330.02057-2.0544

-12.5615.8120.02081-1.339733333

-12.51215.9920.02104-1.334613333

-12.46516.1680.02127-1.3296

-12.41816.3480.02151-1.324586667

-12.44316.5230.02174-1.327253333

-12.23816.7040.02198-1.305386667

-12.37416.8810.02221-1.319893333

-12.58817.0590.02245-1.34272

-12.39717.2330.02268-1.322346667

-12.39817.4140.02291-1.322453333

-12.46317.590.02314-1.329386667

E72964.00062

E72.33108635

Modulus Elastisitas : 72.33 0.5 GPayield strength material, yaitu = 385Mpa Ultimate strength = 510 MPa.

3. Uji Tarik Spesimen Menurut Literatur

mechanical properties dari material Al 2043 T3 :

4. Perbandingan Uji Tarik Spesimen Tanpa Strain Gage, dengan Strain Gage, dan Menurut Literatur

5. Analisis Ketidakpastian

Dimensi SpesimenSpesimen 1Spesimen 2

Tebal,t (mm)0,750,75

Lebar, W (mm)12,5512,55

Gage Length, G (mm)7676

Luas Area, A (mm2)9,3759,375

UG = UW0,00522015

UA0,00048892

UF0,00529845

Urm0,00532096

Modulus ElastisitasE (Gpa)Ketidakpastian

Strain Gage95.70,4

Tanpa Strain Gage72.30,5

Literatur73.10,4

Dari data yang diperoleh, hasil pengukuran modulus elastisitas tanpa strain gauge, dengan strain gauge dan menurut referensi memiliki nilai yang berbeda. Hasil pengukuran dengan strain gauge menhasilkan modulus elastisitas 95.7 GPa, tanpa strain gauge 72.3 GPa, dan menurut literature 73.1 GPa. Perbedaan hasil pengukuran dapat disebabkan oleh beberapa faktor, diantaranya kesalahan dalam pembacaan alat ukur, alat ukur yang belum di kalibrasi dan kurangnya asumsi. Spesimen yang digunakan berbeda-beda dan satu dengan yang lain dapat lebih getas atau ulet tergantung proses produksi specimen tersebut, yang mana tidak diketahui oleh peserta praktikum. Juga dapat dipengaruhi oleh suhu, dan metode penyimpanan specimen.

5. Jawaban Pertanyaan

1. Turunkan persamaan perubahan tegangan (3) dari rangkaian wheatstone.Sebuah rangkaian jembatan wheatstone memiliki 4 buah resistor yaitu R1, R2, R3, R4. Tahanan R1 dan R2 dirangkai seri antara titik A dan C serta R3 dan R4 yang juga dirangkai seri antara titik A dan C, kemudian dirangkai lagi secara parallel. Antara titik A dan C diberi medan tegangan arus searah sebesar V, sedangkan keluaran jembatan dinyatakan sebagai beda tegangan (E) antara titik B dan D. Pada saat tahanan (strain gage) mengalami perubahan panjang, antara titik B dan D akan terjadi hukum Kirchoff

2. Terangkan prinsip kerja strain gage dan jelaskan kelebihan pemasangan strain gage di rangkaian half-bridge dibandingkan quarter-bridge.Strain gage merupakan sebuah sensor regangan yang terdiri dari kawat-kawat halus yang ditempel pada specimen yang akan diukur regangannya. Ketika suatu benda uji (specimen) yang telah di pasangistrain gauge mengalami tegangan, maka akan meregang dan regangannya dialirkan melalui alasgauge(isolatif) pada foil atau penghantar resistif di dalamgaugetersebut. Hasilnya adalah foil atau penghantar halus tadi akan mengalami perubahan nilai resistansinya. Perubahan resistansi ini berbanding lurus terhadap besarnya regangan.Kelebihan pemasangan strain gauge di rangkaian half-bridge dan quarter-bridge adalah: Rangkaian half bridge memiliki sensitivitas 2 kali lebih besar dibandingkan quarter-bridge untuk pengukuran regangan yang sama.

6. Referensi

[1] ASTM E8/E8M-09, Standard Test Method for Tensile Testing for Metallic Materials.[2] ILAC COMMITTEE 2 (1994). Committee Papers Suplement Appendix 2.5 Annex H. Hong Kong