8/16/2019 Konstruksi Mesin-
1/19
Modul ke:
Fakultas
Program Studi
Kontruksi MesinUji Kelelahan Pada Material
Prof. (Em) Dr. Ing Darwin SebayangHendi Saryanto, S.T, M.Eng05Teknik
Teknik Mesin
Pembuka
Daftar Pustaka
Akhiri Presentasi
8/16/2019 Konstruksi Mesin-
2/19
<
< >
>MENU
MENU AKHIRI
AKHIRI
Kelelahan (Fatigue) adalah bentuk dari kegagalan yang terjadi pada strukturyang terjadi karena beban dinamik yang berfluktuasi dibawah yield strength
yang terjadi dalam waktu yang lama dan berulang-ulang. Ingat, kata kuncinya
adalah beban dinamik, berulang, dalam jangka waktu yang lama. Fatigue crack
biasanya bermula deri permukaan yang merupakan tempat beban
berkonsentrasi. Fatigue menyerupai brittle farcture yaitu ditandai dengan
deformasi plastic yang sangat sedikit. Proses terjadinya fatigue ditandaidengan crack awal, crack propagatin dan fracture akhir. Permukaan fracture
biasanya tegak lurus terhadap beban yang diberikan. Dua sifat makro dari
kegagalan fatigue adalah tidak adanya deformasi plastic yang besar dan
farcture yang menunjukkan tanda tanda berupa ‘beachmark’ atau‘camshell’.
Tanda tanda makro dari fatigue adalah tanda garis garis pada pemukaan yang
hanya bisa dilihat oleh mikroskop electron.
Kelelahan(Fatique)
8/16/2019 Konstruksi Mesin-
3/19
<
< >
>MENU
MENU AKHIRI
AKHIRI
Benda yang tidak tahan terhadap fatik akan mengalamikegagalan pada kondisi pembebanan dinamik (beban
berfluktuasi ). Mengalami kegagalan ( patah ) pada
tegangan jauh di bawah tegangan yang diperlukan
untuk membuatnya patah pada pembebanan tunggal (statis ). Kegagalan fatik biasanya terjadi pada tempat
yang konsentrasi tegangannya besar, seperti pada ujung
yang tajam atau notch. Tidak ada indikasi awal
terjadinya patah fatik dan retakan fatik yang terjadibersifat halus, maka patah fatik sulit untuk dideteksi
dari awal.
8/16/2019 Konstruksi Mesin-
4/19
<
< >
>MENU
MENU AKHIRI
AKHIRI
Bersadarkan Penyebab utamanya, yaitu beban(tegangan) yang bekerja, patah Fatik tergantung
pada :
1. Besarnya tegangan maksimum yang bekerja
2. Fluktuasi tegangan yang bekerja, yaitu
besarnya amplitudo dari tegangan tegangan
yang bekerja
3. Siklus tegangan yang bekerja. Adalah
banyaknya periode pembebanan yang terjadi.
Faktor-faktor penyebabpatahfatique
8/16/2019 Konstruksi Mesin-
5/19
<
< >
>MENU
MENU AKHIRI
AKHIRI
Selain tegangan, faktor-faktor lain yangdapat mempengaruhi terjadinya patah
fatik, antara lain :
1. Konsentrasi tegangan pada suatu
bagian benda.
2. Terdapatnya porositas
8/16/2019 Konstruksi Mesin-
6/19
<
< >
>MENU
MENU AKHIRI
AKHIRI
Selain itu terdapat banyak variable lain yang juga dapatmempengaruhi fatik seperti konsentrasi tegangan,
temperature, overload, struktur metalurgi, tegangang
sisa, dan tegangan kombinasi
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 makakonstruksi atau elemen mesin akan rusak pada kurun
waktu tertentu.
8/16/2019 Konstruksi Mesin-
7/19
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Jenis beban dinamik sinusoidal ditunjukkan padagambar berikut:
Gambar : a). Beban tegangan bolak-balik (reversed stress), b).Beban tegangan berulang (repeated
stress), c). Beban tegangan tidak beraturan (random stress).
8/16/2019 Konstruksi Mesin-
8/19
8/16/2019 Konstruksi Mesin-
9/19
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Agar elemen mesin tidak gagal akibat patah lelah, makaelemen tersebut haruslah dirancang berdasarkan
kriteria patah lelah. Perancangan elemen mesin
berdasarkan berdasarkan kriteria patah lelah dapat
mencegah terjadinya patah lelah atau jika patah lelahtidak dapat dihindari, maka metode perancangan ini
dapat memberikan kisaran umur elemen mesin dalam
jumlah jam operasi. Dengan diketahuinya perkiraan
umur elemen mesin, maka dapat diambil tindakan
untuk mencegah kerusakan elemen mesin dengan jalan
mengganti elemen mesin dengan yang baru.
8/16/2019 Konstruksi Mesin-
10/19
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
A. Wöhler seorang insinyur kereta api di Jerman membuat mesinuji lelah yang dapat memberikan beban yang diulang-ulang.
Wöhler menemukan beberapa fakta penting tentang fenomena
patah lelah, yaitu :
1. Faktor utama yang mempengaruhi patah lelah adalah
pengulangan beban yang terjadi selama pengujian dan bukanwaktu pengujian.
2. Besi dan baja dapat menahan beban yang diulang-ulang
beberapa kalipun tanpa mengalami patah lelah, asal tegangan
yang terjadi dalam besi dan baja tersebut tidak melebihi
suatu harga tertentu. Untuk beban yang menimbulkan
tegangan bolak balik yang diulang-ulang, tegangan batas yang
tidak menimbulkan patah lelah tersebut kemudian dinamakan
kekuatan lelah.
KekuatanLelahBebanLenturBerputar
8/16/2019 Konstruksi Mesin-
11/19
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Kemudian R.R Moore membuat mesin uji lelahdengan beban lentur bolak balik seperti gambar
berikut :
Gambar : Mekanisme mesin uji lelah R. R Moore
8/16/2019 Konstruksi Mesin-
12/19
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Dalam merancang suatu komponen, untuk menentukan tegangan aman yang
di izinkan, para perekayasa sering menggunakan cara estimasi umur fatik
dengan menggunakan pendekatan tegangan. Metode ini merupakan cara
konvensional dan paling simpel, mudah dilakukan untuk aplikasi perencanaan,
sangat baik diterapkan pada kondisi pembebanan elastis, mampu menunjukan
batas rentang pakai yang aman (safe life) bahkan tak hingga (infinite life). serta
sangat tepat untuk perencanaan komponen pada kondisi fatik siklus tinggi.Namun perlu diperhatikan bahwa metode ini tidak cocok untuk kondisi fatik
siklus rendah karena metode ini tidak dapat menghitung pengaruh tegangan-
regangan sebenarnya pada saat terjadi deformasi peluluhan lokal, terbatas
hanya pada material logam terutama baja karena pada material tertentu tidak
dapat menunjukan respon data yang tepat bila menggunakan pendekatan ini.
Syarat utama untuk menggunakan metode pendekatan tegangan mengacupada asumsi perhitungan mekanika benda padat bahwa komposisi material
idealnya homogen, kontinyu dan bebas cacat atau bebas retak. Tujuan utama
menggunakan pendekatan ini pada perencanaan komponen adalah untuk
mendapatkan umur pakai aman bahkan tak hingga.
8/16/2019 Konstruksi Mesin-
13/19
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Grafik S-N adalah grafik yang didapat dari hasilpengujian fatik yang merupakan grafik hubungan antara
kekuatan fatik dan jumlah siklus pembebanan. Grafik S-
N memberikan banyak informasi sifat fatik karena pada
saat pengujian, dimasukkan faktor geometri, perlakuanpermukaan, kondisi pembebanan, temperatur dan
proses perlakuan material. Kekurangan grafik S-N
adalah tidak dapat memprediksi deformasi plastis lokal
dan efek dari tegangan rata-rata.
KurvaS – N
8/16/2019 Konstruksi Mesin-
14/19
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Contoh grafik S-N
Gambar : Grafik hasil pengujian lelah (fatigue test)
8/16/2019 Konstruksi Mesin-
15/19
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Kurva S – N merupakan kurva eksperimental hasil percobaan ujilelah, dengan memberikan beban yang berbeda-beda pada
spesimen yang sama untuk memberikan tegangan yang berbeda
pada daerah di atas dan tepat di bawah batas kekuatan lelah.
Suatu cara umum untuk membuat kurva S – N adalah dengan
memasang spesimen-spesimen yang sama pada mesin uji lelahR.R Moore, dengan memberikan beban yang berbeda-beda untuk
memberikan tegangan yang berada pada daerah di atas dan tepat
di bawah batas ketahanan lelah. Data pengujian yang diperoleh
diplot pada koordinat log-log seperti yang ditunjukkan oleh kurva
S – N mewakili data pengujian lelah.
8/16/2019 Konstruksi Mesin-
16/19
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Dari grafik diatas terdapat informasi mengenai karakteristik fatikdari material, sumbu horizontal menunjukkan data jumlah siklus
pembebanan dan sumbu vertikal menunjukkan kekuatan fatik.
Pada rentang siklus 107 sampai 108 dapat diamati ada tiga buah
data spesimen yang diberi tanda panah. Arti tanda ini adalah
spesimen belum patah pada saat pengujian dihentikan. Kondisiini dinamakan batas ketahanan material dalam menerima beban
fatik (endurance limit). Tingkat tegangannya dinamakan tegangan
endurance (σe). Untuk merencanakan komponen yang memiliki
umur pakai aman atau bahkan umur tak hingga maka tingkat
tegangan yang diaplikasikan harus dibawah batas teganganendurance nya.
8/16/2019 Konstruksi Mesin-
17/19
>MENUMENU AKHIRIAKHIRI
Faktor Konsentrasi Tegangan Teoritik, Kt
Konsentrasi tegangan merupakan hal yang sangat penting
dipahami karena sebenarnya kegagalan lelah terjadi pada titik di
mana terdapat konsentrasi tegangan yang tinggi pada elemen
mesin seperti pada alur, takik, lubang, ulir, alur pasak, dan
sebagainya. Artinya tegangan yang terjadi pada potongan yang
melalui tempat konsentrasi tegangan, mempunyai harga yang
melebihi harga tegangan nominal teoritik. Beberapa literatur
telah menampilkan harga faktor kosentrasi tegangan untukberbagai jenis pembebanan. gambar dibawah adalah grafik harga
factor kosentrasi tegangan teoritik untuk poros beralur yang
mendapat beban bending.
KonsentrasiTegangan
8/16/2019 Konstruksi Mesin-
18/19
Daftar Pustaka
8/16/2019 Konstruksi Mesin-
19/19
TerimaKasihDarwin Sebayang
Top Related