efek kecepatan pembebanan pada bahan baja terhadap ...

Jurnal Ilmiah ³0(.$1,.´ Teknik Mesin ITM, Vol. 4 No. 1, Mei 2018 : 34 - 43

34

EFEK KECEPATAN PEMBEBANAN PADA BAHAN BAJA

TERHADAP KEKUATAN TARIK IMPAK

Ahmad Marabdi Siregar

1, Juliansyah Fauzan Nasution

2

1),2)Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik University of Muhammadiyah Sumatera Utara

Jalan Kapten Muchtar Basri No.3 Medan 20238 Telp. (061) 6622400

Email: [email protected], [email protected]

ABSTRAK

Dalam proses manufaktur, karakteristik suatu material sangatlah penting. Salah satunya adalah strain rate

(tingkat regangan). Pada tugas sarjana ini, penulis akan membahas pembebanan terhadap kekuatan tarik

pada material baja karbon rendah yang memiliki kadar karbon 0,01% sampai 0,25%. Metode pengujian

yang digunakan ialah dengan menggunakan metode Split Hopkinson Pressure Bar terhadap kekuatan

beban tarik yang memberikan tumbukan (impact) pada material baja yang diuji. Spesimen baja yang

digunakan kedua ujungnya dibentuk ulir sebagai penahan input dan output bar dan menggunakan collar

sebagai penerus beban tekan pada saat melakukan pengujian. Karena adanya ketidaksesuaian dalam

pencapaian proses pengujian terutama pada sensor rekam (strain gauges), maka penulis melakukan

penelitian dengan menggunakan variasi beban terhadap spesimen uji.. Dari hasil penelitian yang didapat,

pada beban 8, 9, 10 kg/cm2 baja yang merupakan spesimen uji tidak mengalami titik putus atau patah

(fracture) melainkan mengalami buckling (penekukkan). Hal tersebut terjadi karena pada nilai beban 8, 9,

10 kg/cm2, baja karbon rendah memiliki sifat mekanik yang tangguh (toughness) dan liat (ductile)

terhadap pembebanan tersebut.

Kata kunci : split hopkinson pressure bar, impact, buckling.

PENDAHULUAN Pada era modern saat ini, teknologi

semakin berkembang dan sudah merupakan

suatu keperluan untuk membantu manusia

dalam menyelesaikan pekerjaannya. Para

peneliti sering menguji sifat kekuatan suatu

material untuk perhitungan atau keperluan

data mereka. Sejumlah sifat pada material

tersebut yang diperlukan ialah sifat seperti

sifat kekuatan, kekerasan, kekakuan, keliatan,

maupun keuletan (Ir.Tata Surdia, 1985).

Dimana sifat-sifat mekanik tersebut

merupakan parameter penting untuk

memenuhi suatu kebutuhan di dalam dunia

industri.

Dalam penelitian ini, dilakukan

pengujian dengan metode tarik impak untuk

mengetahui sifat kekuatan suatu material

seperti strain rate dengan metode Split

Hopkinson Pressure Bar dengan

menggunakan bahan baja jenis karbon rendah

sebagai spesimen uji yang akan di analisa.

Karena dasar pemilihan suatu material untuk

membuat suatu konstruksi berdasarkan pada

kekuatan dari material tersebut. Penelitian ini

akan menggunakan metode uji tarik Split

Hopkinson Pressure Bar, karena metode ini

relatif sederhana dengan menggunakan dua

buah bar (input dan output bar) dimana

spesimen uji diletakkan dan dijepit diantara

input bar dan output bar yang diberi

kecepatan pembebanan dinamik yang

bervariasi hingga kedua bar tersebut

mengalami beban impak yang bertujuan

untuk mengetahui bentuk ataupun nilai

regangan tarik terhadap kekuatan tarik impak

pada baja tersebut.

Material Baja

Baja ialah logam yang merupakan

perpaduan antara besi (Fe) dan karbon (C).

Besi (Fe) merupakan unsur dasar pada baja

yang memiliki titik cair 1538°C. Kandungan

unsur karbon yang dipadu pada baja antara

0,002 % sampai 2,1 %. Baja termasuk salah

satu logam yang memiliki sifat yang keras,

liat, dan tahan karat. Baja juga merupakan

material logam yang paling banyak dan

umum digunakan di dunia industri. Hal ini

dikarenakan baja memiliki sifat yang tangguh

(toughness). Ketangguhan ini disebabkan

karena adanya unsur tambahan seperti Cr,

Ni, Si, Mn, yang dapat meningkatkan

kekuatan dari baja (Caroline Cabrera, 2004).

Baja Karbon (Carbon Steel)


35

Baja karbon merupakan baja yang

mengandung unsur karbon. Baja tanpa kadar

karbon, akan membuat tensile strengthnya

rendah (Ir. Suharto, 1995). Baja karbon juga

terdiri dari beberapa jenis berdasarkan kadar

karbonnya, yaitu :

Baja karbon rendah (Low Carbon Steel)

Baja ini memiliki sifat yang mudah di

tempa dan mudah saat proses machining,

karena memiliki kadar karbon 0,01 % ±

0,25%. Penggunaan baja ini biasanya

digunakan untuk pembuatan part mobil.

Tabel 1 : Kadar karbon rendah

Kadar Karbon Digunakan untuk

0,01% - 0,25 % autoparts mobile

Baja karbon menengah (Medium Carbon

Steel)

Baja ini memiliki kekuatan yang lebih

tinggi daripada baja karbon rendah. Yang

mengandung kadar karbon dari 0,25% sampai

0,70%. Pengunaan baja ini biasanya untuk

membuat peralatan pandai besi, seperti

martil.

Tabel 2 : Kadar karbon menengah


0,25% - 0,70% blacksmiths tools

Baja karbon tinggi (High Carbon Steel)

Memiliki Kandungan karbon yang

tinggi, berkisar antara 0,70 % ± 1,50 % C dan

sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas, dan

dipotong. Penggunaan baja ini biasanya

digunakan untuk membuat alat potong seperti

mata gergaji dan mata pisau.

Tabel 3 : Kadar karbon tinggi


0,70 % - 1,50 % cutting tools

Baja Paduan (Alloy steel)

Baja ini melakukan penambahan unsur

yang paduan yang paling umum seperti Cr,

Ni, Mn, dan Si yang bertujuan untuk

menaikkan sifat mekanik baja (kekerasan,

keliatan, kekuatan tarik, mudah dibentuk, dan

mudah di las), dan meningkatkan daya tahan

terhadap reaksi kimia seperti korosi (Caroline

Cabrera, 2004). Pada baja jenis ini, dapat

diaplikasikan dalam pembuatan suku cadang

mobil (autoparts), dan peralatan konstruksi

(construction equipment).

Sejarah Split Hopkinson Pressure Bar

Para peneliti telah mengaplikasikan

metode pengujian Hopkinson di berbagai

pengujian yang berbeda. Peneliti

menggunakan metode pengujian Hopkinson

ini untuk menyelesaikan masalah seperti

untuk mengetahui tingkat regangan (strain

rate) pada suatu material.

Penelitian Teknik Split Hopkinson

Pressure Bar pertama kalinya dipimpin oleh

John Hopkinson sebagaimana dipelajari

untuk mengetahui efek pembebanan

tumbukan pada suatu bar. Dimana gelombang

tegangan di teruskan dengan gerakan

dorongan beban. Bazle (2004) menjelaskan

bahwa pada tahun 1913, Bertram Hopkinson

yang merupakan putra dari John Hopkinson

melanjutkan penelitian tersebut dan

menerapkan sebuah cara untuk menentukan

hubungan antara waktu dan tekanan karena

dampak yang dihasilkan oleh sebuah suatu

tumbukan. Dengan melakukan beberapa

pengujian, Bertram masih sulit untuk

merencanakan hubungan yang tepat antara

tekanan dan waktu dalam sebuah tumbukan

tersebut.

Kolsky (1949) menambahkan bar

kedua dalam perlengkapan Hopkinson

tersebut, yang kemudian berubah nama

menjadi Split Hopkinson Pressure Bar.

Sebagai tambahan spesimen terletak jauh di

ujung batangan. Kolsky menjepit spesimen

diantara dua bar. Dia memberikan tujuan ini

untuk menghitung sifat spesimen berdasarkan

regangan yang terjadi pada kedua bar

tersebut. Setelah Kolsky, Adam Kaiser

(1998) mengembangkan kurva perbandingan

antara tekanan dan waktu dengan kurva

regangan dan waktu sebagai kurva

perbandingan yang digunakan.

Prinsip Kerja Split Hopkinson Pressure

Bar

Pada dasarnya Split Hopkinson

Pressure Bar, terdiri dari 3 komponen bar,

yaitu striker bar, input bar, dan output bar.

Prinsip kerja Hopkinson diawali oleh striker

bar yang bergerak mendorong pada input bar

dengan kecepatan tertentu. Prinsip kerja Split

Hopkinson Pressure Bar berdasarkan


36

rambatan gelombang. Pada Gambar 2.2,

diperlihatkan bagian ± bagian utama Split

Hopkinson Pressure Bar berupa kompresor

(gas gun), striker bar, input bar (incident

bar), output bar (transmitted bar) dan strain

gauges.

Gambar 1. Bagian utama Hopkinson

pressure Bar

Pada metode Split Hopkinson Pressure

Bar yang menggunakan spesimen yang

dijepit diantara dua bar, input dan output bar

dapat dilihat pada Gambar 2.3. Dimana

striker bar akan bergerak melalui beban

kecepatan oleh kompresor (gas gun) menuju

input bar (incident bar) dan output bar

(transmitted bar) yang akan mengalami

impak. Pada saat mengalami impak, rambatan

gelombang tekan akan meneruskan

gelombangnya ke output bar dan kembali

memantul menuju input bar dan

menghasilkan nilai laju regangan tinggi

(strain rate) berupa rambatan gelombang

dengan menggunakan strain gauges yang

melekat pada input dan output bar. Perekam

sinyal gelombang dirangkai dalam bentuk

Wheatstone Bridge yang fungsinya untuk

menangkap sinyal tegangan dan regangan

beserta waktu pada saat mengalami impak.

Gambar 2. Skema Hopkinson Pressure Bar

Sifat tegangan dan regangan (Ý) pada

spesimen dapat ditentukan dengan menjepit

spesimen diantara input dan output bar.

Pengukuran kecepatan gelombang dengan

menggunakan strain gauges untuk

mengetahui tingkat regangan spesimen.

Seperti yang dijelaskan pada Gambar 2.4,

saat mengalami tumbukan (impact),

gelombang regangan insiden (incident pulse)

ÝE akan merambat atau mentransmisikan

gelombangnya melalui collar dan panjang

spesimen .0 dan diteruskan ke output bar

(ÝP), dan gelombang transmisi tersebut ÝP

akan memantul kembali sehingga didapat

gelombang pantulan (ÝN ) yang disebut

reflected pulse terhadap spesimen yang akan

diuji.

Gambar 3. Ilustrasi regangan yang terjadi saat

tumbukan

Lindholm (1964) menyatakan bahwa dengan

merekam gelombang regangan incident,

reflected, dan transmitted, dapat disimpulkan

bahwa teori gelombang elastis dapat

diketahui sebagai berikut :

Q = %0 ±. Ý.@P�

P

0

Dimana Q adalah perpindahan (displacement)

pada waktu P, %0 merupakan kecepatan

gelombang elastis dan Ý adalah regangan.

Perpindahan Q1 pada permukaan input bar

merupakan hasil kedua sinyal regangan

insiden ÝE yang melewati arah x positif dan

regangan pantulan ÝN yang melewati arah x

negatif. sehingga didapat :

Q = %0 ± Ý @P �

P

0

+ (F%0)± ÝN @P�

P

0

=%0 ±(ÝE F ÝN)@P �

P

0

Dengan cara yang sama, perpindahan Q2 pada

permukaan incident bar dapat diperoleh dari

sinyal regangan yang di transmisikan

(transmitted pulse) ÝP sebagai berikut :

Q2 = %0 ±. ÝP .@P

P

0

�

Dengan demikian, nominal regangan yang

terjadi di dalam spesimen adalah :

Ý 6 = Q1 F Q2

H0=%0

H0±. (ÝE F ÝN F ÝP).@P

P

0

�


37

Dimana H0 adalah panjang awal spesimen.

Jika diasumsikan bahwa tegangan yang

melewati spesimen adalah konstan dan

regangan yang direfleksikan adalah :

ÝN = ÝP F ÝE

Metode Uji Tarik Hopkinson Pressure Bar

Pada pengujian ini, metode uji yang

dilakukan ialah metode uji tarik (tension test)

Split Hopkinson Pressure Bar. Pada tahun

1960, pengujian tarik ini pertama kali

dilakukan dan dikembangkan oleh Harding J.,

Wood, E. D., Campbell, J. D. Pengujian tarik

pada metode Hopkinson Pressure Bar ini,

dilakukan dengan menggunakan spesimen uji

tarik yang berulir diantara input dan output

bar, dan collar yang melindungi spesimen

dari gelombang tekan, seperti yang

diperkenalkan oleh Nicholas (1980). seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 2.5 dibawah

ini.

Gambar 4. collar dengan spesimen yang

berulir

Fungsi collar adalah untuk

memungkinkan input bar meneruskan

gelombang dari striker bar ke output bar

(Elwood, S., 1982). Pada Gambar 2.6.

menjelaskan bahwa pada saat tumbukan

(impact) terjadi, akan menghasilkan reflected

pulse. Dimana tekanan dari input bar akan

diteruskan hingga mencapai akhir output bar

dan kembali memantul menjadi pembebanan

tarik (tensile load).

Gambar 5. Gelombang impak diteruskan

melalui collar

Kekuatan Tarik Beban Dinamik

Metode pembebanan dinamik,

digunakan untuk mengetahui suatu data

seperti perlakuan bentuk patahan dari suatu

material (R.L.Sierakowski, 1997). Pada

pengunaan Split Hopkinson pressure Bar,

secara matematis nilai tegangan akibat impak

terhadap pembebanan dinamik pada spesimen

dapat diketahui melalui Pers 2.6.

ê:P; =#$ .'. Ý6

#O

Dimana ' merupakan modulus elastisitas, Ý6

merupakan regangan yang direfleksikan

(transmitted), #$ merupakan luas penampang

bar dan #O merupakan luas penampang

spesimen. Pada saat input bar bertumbukan

pada output bar, akan mengalami impak.

Sehingga impak tersebut akan menghasilkan

kecepatan gelombang %0 (wave velocity)

yang merambat pada bar. Untuk mengetahui

kecepatan gelombang yang terjadi, dapat

dihitung melalui Pers 2.7

%0 = ¨'é

Dimana %0 merupakan kecepatan gelombang

dan é merupakan massa jenis. Tidak hanya

tegangan (ê), untuk mengetahui regangan (Ý)

yang terjadi pada spesimen uji juga dapat

dihitung melalui Pers 2.8.

Ý =2.%0

.O±. Ý4 .@P

P

0

Pada saat terjadinya regangan pada

pembebanan dinamik, kecepatan gelombang

yang dialami impak terhadap panjang

spesimen (.O), bertambah dua kali lipat

(2.%0 ) karena mengalami gelombang

pantulan Ý4 (reflected strain). Selain

menghitung regangan dan tegangan yang

terjadi saat tumbukan (impact), metode

Hopkinson Pressure Bar juga dapat

mengetahui tingkat regangan (Ý 6) pada

spesimen yang akan diuji (dapat dilihat pada

Pers. 2.9).

Ý 6 = 2. Ý4 .%0

.O

Pada penelitian ini, sifat tingkat regangan

pada spesimen dapat diketahui melalui nilai

tegangan dan regangannya. Dari persamaan

diatas, dapat diketahui bahwa nilai tegangan

dan regangan pada saat melakukan pengujian

pembebanan dinamik terhadap kekuatan

tarik, akan membentuk kurva strain rate (Ý 6)

yang dapat dilihat pada Gambar 2.7.


38

Gambar 6. Kurva strain-stress pada

pembebanan dinamik (Oisik Shen, 2010)

Kekuatan Tarik Beban Statik

Pada pembebanan statik terhadap

kekuatan tarik, respon mekanik yang terjadi

dapat dilihat melalui kurva tegangan dan

regangan (stress-strain). Dimana nilai

modulus elastisitas spesimen akibat beban

statik dapat dihitung melalui Pers 2.10.

' =ê

ó

Dimana ' merupakan modulus elastisitas, ê

merupakan tegangan, dan ó adalah regangan.

Tegangan yang terjadi dapat diperoleh

dengan membagi beban dengan luas

penampang benda uji, yang dapat dirumuskan

melalui Pers 2.11.

ê = (

#

Dimana ( merupakan beban (force), dan

dimana # merupakan luas penampang. Nilai

regangan yang merupakan persentase

pertambahan panjang pada benda uji, dapat

dilihat pada Pers. 2.12.

Ý = .E F .0

.0

Pada pembebanan statik, nilai modulus

elastisitas pada spesimen uji dapat diketahui

melalui nilai tegangan dan regangannya

(dapat dilihat pada Gambar 7).

Gambar 7. Kurva strain-stress pada

pembebanan statik

Dari persamaan diatas, dapat diketahui bahwa

nilai tegangan dan regangan pada saat

melakukan pengujian pembebanan statik

terhadap kekuatan tarik, akan membentuk

kurva modulus elastisitas (') pada Gambar

2.8 atau yang biasa disebut dengan titik tarik

maksimum (Ultimate Tensile Strength) dan

spesimen akan mengalami perubahan bentuk

(deformasi) hingga mengalami titik patah

(fracture).

Dan adapun langkah - langkah penelitian

yang dilakukan dapat dilihat pada Gambar 8.

dibawah ini :

Gambar 8. Alur penelitian


39

Prosedur Penelitian

Adapun prosedur atau langkah-

langkah yang sebelumnya dijelaskan pada

Gambar 3.1 yang merupakan proses

berjalannya penelitian ini, sebagai berikut :

Pembuatan Spesimen Uji Tarik

Dalam penelitian ini, bahan spesimen

yang digunakan adalah baja karbon (carbon

steel). Spesimen ini berfungsi sebagai sample

atau bahan yang akan diuji yang diletakkan

diantara input bar dan output bar. Jumlah

spesimen yang akan digunakan untuk

percobaan uji adalah sebanyak 3 buah.

Spesimen tersebut memiliki diameter dalam 3

mm dan diameter luar 12 mm yang kedua

ujungnya dibentuk dengan menggunakan ulir

untuk menahan spesimen diantara input dan

output bar. Dimensi yang digunakan pada

penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.11

berikut.

Gambar 9. Dimensi spesimen uji tarik

Pembuatan Collar

Collar diaplikasikan diantara input dan

output bar dengan keadaan dijepit dan tidak

terikat. Collar yang digunakan berbahan baja

lunak (mild steel) yang memiliki panjang 70

mm, diameter dalam 12 mm dan diameter

luar 20 mm seperti dijelaskan pada Gambar

3.5 berikut.

Gambar 10. Dimensi collar

Pengujian Tarik Beban Dinamik Pada penelitian ini, pengujian

dilakukan dengan menggunakan pembebanan

dinamik terhadap kekuatan tarik pada

spesimen yang akan diuji dengan

menggunakan teknik Hopkinson Pressure Bar

dengan metode tarik (tension). Adapun

langkah-langkah mau pun proses yang

dilakukan untuk memulai pengujian dengan

cara sebagai berikut :

1. Mempersiapkan alat uji serta bahan ±

bahan yang akan digunakan untuk

melalukan pengujian.

2. Memasang selang angin pada ujung

mulut saluran kompresor dan ujung

striker bar.

3. Memasang selenoid valve di antara

ujung selang kompresor dan ujung

selang striker bar

4. Memasang dan menghubungkan

tombol switch pada solenoid valve

5. Mengisi beban tekanan angin pada

kompresor yang dapat dilihat pada

pressure gauge pada kompresor

tersebut. Pada penelitian ini, beban

yang digunakan ialah bervariasi yang

dimulai dari 10, 9, 8 kg/cm2 terhadap

spesimen yang akan diuji.

6. Memasang spesimen dengan

mengunci bagian ujung ulir pada

spesimen pada ujung output dan input

bar

7. Kemudian memasang collar, dengan

cara memasukkan collar tersebut pada

bagian spesimen yang sudah dipasang

pada output bar

8. Kemudian, mengunci kembali

spesimen pada ujung ulir yang lain

pada bar. Dan posisi spesimen dan

collar yang telah dipasang akan

berada pada posisi terjepit rapat

diantara input dan output bar

9. Memastikan perangkat komputer

terhubung dengan Oscilloscope,

bridge box, dan strain gauges

tehubung menjadi satu.

10. Memeriksa sinyal gelombang pada

strain gauges yang terhubung pada

layar perangkat komputer, seimbang

(berada pada titik 0 mV)

11. Mengatur tingkat trigger dalam data

program pada perangkat komputer.

12. Membuka keran udara pada

kompresor

13. Menekan tombol switch yang

terhubung pada solenoid yang

bertujuan untuk membuka saluran

udara dari kompresor mengalir untuk

memberikan sebuah beban tekan

ataupun dorongan menuju saluran

selang striker bar.

14. Setelah melakukan pengujian,

menganalisa hasil bentuk spesimen

akibat beban impak dinamik dan

mengevaluasi hasil grafik regangan

yang terjadi berupa gelombang yang

direkam oleh strain gauges di

perangkat komputer.


40

Hasil Pembuatan Spesimen Uji

Setelah melakukan proses permesinan

(machining), hasil dari pembentukkan atau

pembuatan spesimen uji tarik dapat dilihat

pada Gambar 4.1 berikut. Spesimen uji

berjumlah 3 buah yang akan diuji dengan

menggunakan beban tekanan yang bervariasi.

Gambar 11. Hasil pembuatan spesimen uji

bahan baja

Pengujian tarik pada metode

Hopkinson Pressure Bar ini, dilakukan

dengan menggunakan spesimen uji tarik yang

berulir (dapat dilihat pada Gambar 1.1) yang

dipasang diantara input dan output bar,

dengan menggunakan collar yang

ditunjukkan oleh Gambar 13. Dimana collar

tersebut berfungsi untuk meneruskan

gelombang tekan dari input bar ke output bar.

Untuk melihat bagaimana cara pemasangan

spesimen uji, dapat dilihat Gambar 4.2

dibawah ini :

(a)

(b)

Gambar 12. Pemasangan spesimen pada bar

dengan menggunakan collar :

(a) gambar ilustrasi pemasangan (b) gambar

saat melakukan pemasangan

Hasil Pembuatan Collar

Hasil pembuatan collar dapat dilihat

pada Gambar 4.3 dimana collar tersebut telah

dilakukan proses permesinan (machining).

Collar yang digunakan ialah berjumlah 1

buah.

(a)

(b)

Gambar 13. Hasil pembuatan collar : (a)

tampak atas (b) tampak depan.

Hasil Pengujian Tarik

Dalam pengujian ini, karena adanya

ketidaksesuaian dalam pencapaian dalam

pengujian dengan menggunakan strain

gauges, maka penulis hanya melakukan

pengujian dengan menggunakan instrumen

variasi beban tekan yang diberikan oleh

kompresor. Dimana nilai beban yang

digunakan dalam penelitian ini sebesar 8, 9,

hingga 10 kg/cm2 terhadap 3 buah spesimen

uji baja. Singkatnya, setiap masing-masing

spesimen akan diberikan masing-masing nilai

beban uji yang berbeda. Pada saat melakukan

pengujian, spesimen uji bahan baja

mengalami perubahan bentuk tekukan

(buckling) yang disebabkan oleh terjadinya

beban impak. Dari hasil pengujian spesimen

tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.4

berikut :


41

Gambar 14. Hasil spesimen setelah

melakukan pengujian

Tabel 4. Tekanan bar pada spesimen uji

bahan baja.

Tekanan Bar

(kg/cm2)

Spesimen

10 I

9 II

8 III

Dari Tabel 4. diatas, maka di dapat grafik

yang menjelaskan bahwa pada kekuatan

tekanan 10 kg/cm2 pada spesimen uji baja I

memiliki dampak tumbukan (impact) yang

tinggi bila dibandingkan dengan spesimen II,

dan III. Grafik tersebut dapat dilihat pada.

Gambar 15.dibawah ini :

Gambar 15. Grafik tekanan angin pada uji

tarik spesimen baja.

Dari hasil pengujian diatas, pada

Gambar 14, menjelaskan bahwa bentuk

spesimen uji telah berubah bentuk. Pada

penelitian pengujian tarik pembebanan

dinamik ini, dalam menggunakan beban 8, 9 ,

hingga 10 kg/cm2, baja yang merupakan

bahan spesimen uji tidak mengalami patahan

(fracture) melainkan mengalami tekukan

(buckling). Karena dalam beban yang

digunakan tersebut, baja bertahan dengan

sifat mekaniknya yang kuat dan liat (ductile).

Maka, pada penelitian ini, panjang reduksi

spesimen awal (H0) 42 mm akan berubah

bentuk menjadi buckling setelah mengalami

impak dengan beban yang bervariasi. Untuk

mengetahui hasil pengujian terhadap

spesimen, dapat dilihat pada Gambar 4.6

dibawah berikut.

Gambar 16: Hasil spesimen mengalami

deformasi bending

Dari hasil pengujian yang dilakukan

pada Gambar 14, maka di dapat data

perubahan bentuk spesimen (buckling)

sebagai berikut :

Tabel 5: Tekanan bar terhadap panjang

reduksi spesimen baja.

Tekanan

Bar

(kg/cm2)

Panjang

Reduksi

(H0)

Buckling

(tekukan)

8 42 mm 26 mm

9 42 mm 34 mm

10 42 mm 40 mm

Dari Tabel 5 di dapat hasil pengujian

kekuatan tarik spesimen uji bahan baja

terhadap pembebanan tekanan yang

bervariasi, dimulai dari 8, 9, hingga 10

kg/cm2. Pada tabel tersebut dapat dijadikan

grafik sesuai hasil data pengujian yang telah

dilakukan yang dapat dilihat pada Gambar

4.7. Dimana pada tekanan 8 kg/cm2 memiliki

kekuatan beban impak terhadap spesimen uji

yang menyebabkan spesimen uji tersebut


(buckling) besar 26 mm. Pada kekuatan

beban 9 kg/cm2, menyebabkan spesimen uji


sebesar 34 mm. Dan pada beban terakhir

yaitu kekuatan beban 10 kg/cm2, akan

menyebabkan impak yang besar diantara bar

lainnya, sebab pada beban 10 kg/cm2 ini,

menyebabkan spesimen uji bahan baja


sebesar 40 mm, dimana awal panjang reduksi

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3

Pre

ssu

re B

ar

(Kg

/cm

2)

Spesimen

I II III


42

setiap spesimen uji, memiliki nilai panjang 42

mm sebelum melakukan pengujian.

Gambar 17: Grafik uji tarik spesimen baja

mengalami buckling.

Pada gambar 17, didapat grafik perubahan

buckling pada spesimen baja saat melakukan

pengujian beban tarik dengan menggunakan

beban yang bervariasi yaitu 8, 9, 10 kg/cm2

terhadap ketiga spesimen uji. Pada grafik

tersebut dapat disimpulkan bahwa pada beban

tekan 10 kg/cm2 memiliki dampak beban

impak yang lebih besar dan spesimen uji baja

yang diuji terhadap beban tersebut juga

mengalami dampak buckling yang besar.

Tabel 6. Tekanan bar terhadap panjang

reduksi spesimen baja.

(kg/cm2) (H0) (HE) (%)

8 42 mm 42,3 mm 0.00714

9 42 mm 42,5 mm 0.01190

10 42 mm 42,7 mm 0.01666

Pada Tabel 6 didapat tabel yang menjelaskan

bahwa spesimen uji yang mengalami

buckling akan diukur perubahan panjangnya

dengan cara mengembalikan posisi spesimen

yang menekuk dalam keadaan normal untuk

mengetahui regangan yang terjadi setelah

melakukan impak tarik. Spesimen tersebut

mengalami regangan yang dimana regangan

tersebut dapat diukur melalui panjang akhir

.E dikurang dengan panjang awal .0 yang

kemudian dibagi dengan panjang awal mula

.0 . Perubahan tersebut dapat dilihat pada

Gambar 4.8 dibawah berikut ini :

Gambar 18. Grafik hasil regangan yang

terjadi pada spesimen uji baja

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitian yang

dilakukan, baja karbon rendah yang memiliki

unsur kadar karbon 0,01% hingga 0,25%

yang merupakan spesimen uji akan dilakukan

uji tarik dengan metode Split Hopkinson

Pressure Bar. Dimana ujung spesimen uji

dibentuk berulir yang akan dipasang diantara

input dan output bar dengan menggunakan

sebuah collar. Collar tersebut berfungsi

sebagai penerus gelombang tekan dari input

bar ke output bar. Pada saat tumbukan

(impact) terjadi, tekanan dari input bar akan

diteruskan hingga mencapai akhir output bar

dan kembali memantul menjadi pembebanan

tarik (tensile load).

Pada penelitian ini, karena adanya

ketidakmampuan strain gauges membaca

sinyal gelombang impak dengan baik, maka

penelitian ini menggunakan variasi beban

impak yang dapat disimpulkan bahwa dengan

beban tekan 8, 9, 10 kg/cm2 , baja karbon

rendah tidak mengalami titik putus (fracture)

saat melakukan pengujian pembebanan tarik

melainkan mengalami perubahan bentuk

menjadi menekuk (buckling). Mekanika fisik

tersebut terjadi karena baja memiliki sifat

ketangguhan (toughness) dan liat (ductile).

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Suharto (1995) Teori Bahan dan

Pengaturan Teknik. Jakarta : P.T.

Rineka Cipta.

[2]. Tata Surdia (1985) Pengetahuan Bahan

Teknik. Jakarta : P.T. Pradnya Paramita.

[3]. Bancroft, D. (1941) The Velocity of

Longitudinal Waves in Cylindrical Bars,

Physical Review, vol.59, pp. 588-593.

0

2

4

6

8

10

12

26 34 40Pre

ssu

re B

ar

(Kg

/cm

²)

Buckling (mm)

0

0,005

0,01

0,015

0,02

8 9 10

Re

ga

ng

an

(%

)

Pressure Bar (kg/cm²)


43

[4]. Bazle, A. G., Lopatnikov, S. L., and

Gillespie, J. W. (2004) Hopkinson Bar

Experimental Technique : A Critical

Review, Journal Appl. Mech. Rev.

vol.57 (4), pp. 223-250.

[5]. Cabrera, C., Moron, C., and Garcia., A.

(2014) Learning Process of The Steel

Use in Building Engineering Students.

American Journal of Educational

Research, vol.2, (6), pp. 366-371.

[6]. Elwood, S. (1982) A Tensile Technique

For Materials Testing At High Strain

Rates, Journal of Physics E: Scientific

Instruments, vol.15, pp.1169-1172.

[7]. Harding J., Wood, E.D, and Campbell,

J.D. (1960), Tensile testing of materials

at impact rates of strain, Journal of

Mech. Eng. Sc. vol.2, pp.88-96.

[8]. Kaiser, A. M,. (1998) Advancements in

the Split Hopkinson Bar Test, Faculty of

the Virginia Polytechnic Institute and

State University, 94 pages.

[9]. Kolsky, H. (1949), An Ivestigation of

The Mechanical Properties at Very High

Rates of Loading. Proc. Phys. Soc.

London, Sect. B 62(II-B), 676-700.

[10]. Lindholm, (1964) Some experiments

with the split Hopkinson pressure bar. J.

Mech. Phys. Solids, vol.12, pp. 317±

335.

[11]. Nguyen, C., and Schindler, H. (1997)

On Spurious Reflection Waves in

Hopkinson Bar Tensile Tests Using a

Collar. Journal de Physique IV

Colloque, vol.7 (C3), pp.85-90.

[12]. Nicholas, T. (1980) Tensile Testing of

Materials at High Rates of Strain,

Experimental Mechanics, pp.177-185.

[13]. Sen, O. (2010) Analysis of The Study of

Material Behaviour At Impact Rates of

Strain. A Thesis Master of Science,

Michigan State University.

[14]. Sierakowski, R.L. (1997) Strain Rate

Behavior of Metals and Composites.

Ohio, USA : Civil and Environmental

Engineering and Geodetic Science, The

Ohio State University

.

efek kecepatan pembebanan pada bahan baja terhadap ...

Documents

Transcript of efek kecepatan pembebanan pada bahan baja terhadap ...