Your SlideShare is downloading. ×
0
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×
Saving this for later? Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime – even offline.
Text the download link to your phone
Standard text messaging rates apply

3. Batas Kelelahan Logam Konsep S-N (AA)

3,474

Published on

Published in: Education
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
3,474
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
240
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  1. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 1
  2. Sesi Metode Pokok Bahasan Hasil Pembelajaran Penilaian Hasil Pembelajaran Ke- Penilaian Mahasiswa mampu menjelaskan Karakteristik Mahasiswa mengetahui dan memahami 01 karakteristik dari patah lelah yang kelelahan logam kegagalan patah lelah pada komponen logam. terjadi pada komponen logam. Aspek metalurgi Mahasiswa mengetahui dan memahami aspek Mahasiswa mampu menjelaskan aspek 02 pada kelelahan metalurgi yang mempengaruhi perilaku metalurgi yang mempengaruhi logam kelelahan pada logam. perilaku kelelahan logam. Mahasiswa mampu menjelaskan batas Mahasiswa mengetahui dan memahami batas 03 batas lelah logam kelelahan logam serta cara kelelahan logam serta cara menentukannya. menentukannya. Mahasiswa mampu menghitung Mahasiswa mengetahui dan memahami tegangan yang bekerja pada komponen hubungan antara tegangan (S) yang bekerja 04 Konsep S-N logam serta mampu memprediksi pada komponen logam dengan umur (N) umur komponen tersebut berdasarkan ჱ Tugas komponen tersebut. Konsep S-N. ჱ UTS Mahasiswa mampu menghitung ჱ UAS Mahasiswa mengetahui dan memahami tegangan dan regangan yang bekerja hubungan antara regangan () yang bekerja 05 Konsep -N pada komponen logam serta mampu pada komponen logam dengan umur (N) memprediksi umur komponen tersebut komponen tersebut. berdasarkan konsep -N. Mahasiswa mampu menjelaskan dan Pengaruh takikan Mahasiswa mengetahui dan memahami menghitung pengaruh takikan ataupun 06 pada perilaku pengaruh takikan ataupun geometri geometri komponen terhadap umur kelelahan logam komponen terhadap kegagalan lelah. lelahnya. Mahasiswa mampu menjelaskan dan Penjalaran retak Mahasiswa mengetahui dan memahami konsep penjalaran retak lelah serta 07 lelah konsep penjalaran retak lelah. mampu memprediksi umur lelah berdasarkan konsep tersebut. 2 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  3. Konsep tegangan-siklus (S-N) merupakan pendekatan pertama untuk memahami fenomena kelelahan logam. Konsep ini secara luas dipergunakan dalam aplikasi perancangan material dimana tegangan yang terjadi dalam daerah elastik dan umur lelah cukup panjang. Metoda S-N ini tidak dapat dipakai dalam kondisi sebaliknya (tegangan dalam daerah plastis dan umur lelah relatif pendek), hal ini dapat dilihat pada Gambar 3.1. Umur lelah yang diperhitungkan dalam metoda S-N ini adalah umur lelah tahap I (inisiasi retak lelah) dan umur lelah II (propagasi retakan). abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 3
  4. HCF Total = Elastic and Plastic Elastic LCF Plastic LCF atau PCS HCF atau ECS HCS=High Cycles Stress/Strain LCF=Low Cycles Fatigue LCS=Low Cycles Stress/Strain PCS=Plastic Cycles Strain HCF=High Cycles Fatigue ECS=Elastic Cycles Strain Gambar. 3.1 Pembagian daerah umur lelah dalam kurva S-N. 4
  5. Batas daerah pada Gambar 41 tersebut diatas adalah antara 10÷105 tergantung jenis materialnya (baja: ±104 siklus). Dasar dari metoda S-N ini adalah diagram Wohler atau diagram S-N yang secara experimen didapat dari pengujian lelah lentur putar dengan tegangan yang bekerja berfluktuasi secara sinusiodal antara tegangan tarik dan tekan, sebagai contoh adalah pada pengujian R.R Moore dengan 4 titik pembebanan pada frekwensi 1750 rpm terhadap spesimen silindris berdiameter 0,25÷0,3 in. Kurva hasil pengujian ini ditunjukkan pada Gambar 3.2, 3.3 dan 3.4 berikut ini. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 5
  6. Gambar. 3.2 Kurva S-N baja AISI 1045. Gambar. 3.3 Kurva S- N aluminium 2024-T4. 6 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  7. Gambar. 3.4 Kurva S-N beberapa baja yang diplot dalam rasio Se/Su. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 7
  8. Kekuatan lelah atau batas lelah (endurance limit), Se adalah tegangan yang memberikan umur tak berhingga. Sebagai Contoh pada nilai batas lelah baja AISI 1045 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.2 diatas yaitu sebesar 50 ksi. Kebanyakan jenis baja dengan kekuatan tarik dibawah 200 ksi memiliki nilai batas lelah sebesar 0,5 dari kekuatan tariknya, hal ini ditunjukkan pada Gambar 2.7 dan Gambar 3.4 diatas. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 8
  9. Tegangan dibawah batas lelah akan menyebabkan logam aman terhadap kelelahan, hal ini disebabkan karena gerakan dislokasinya akan terhambat oleh atom-atom asing interstisi sehingga tidak akan menghasilkan PSB (Presistant Slip Band). Batas lelah logam-logam BCC (Body Centered Cubic) akan tidak jelas sehingga kurvanya menjadi kontinyu jika mengalami kondisi sebagai berikut: Over load periodik (sehingga dislokasi mengalami unlock atau unpin). Lingkungan yang korosif. Temperatur tinggi (sehingga mobilitas dislokasi tinggi). abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 9
  10. Pada logam-logam FCC (Face centered Cubic), batas lelahnya tidak jelas atau kurvanya kontinyu (Gambar 3.5), sehingga kekuatan lelahnya ditentukan dari nilai tegangan yang memberikan umur: 5X108 siklus. BCC Metals FCC Metals Gambar. 3.5 Perbandingan kurva S- N pada logam BCC dan FCC. 10 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  11. Kurva S-N baja dapat diestimasi dari rasio kelelahan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7 dan 3.4 yaitu ditunjukkan pada Gambar 3.6 berikut ini. Gambar. 3.6 Estimasi kurva S-N untuk Baja. 11 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  12. Hubungan tegangan siklik, S dan umur lelah, N (siklus): S = 10C Nb (untuk: 103 < N < 106) (3.1) atau: N = 10-C/b S1/b (untuk: 103 < N < 106) (3.2) Eksponen C dan b ditentukan sebagai berikut: b = - 1/3 log (S1000/Se) (3.3) C = log {(S1000)2/Se} (3.4) abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 12
  13. Batas lelah: Se = 0,5 Su (Su ≤ 200 ksi atau 1379 Mpa) (3.5) Se = 0,25 BHN (BHN ≤ 400) (3.6) Se = 100 ksi atau 689,5 Mpa (3.7) (Su > 200 ksi atau 1379 Mpa) Tegangan siklik yang menghasilkan umur 1000 siklus: S1000 = 0,9 Su (3.8) Estimasi hubungan S-N (untuk: 103 < N < 106) adalah: S = 1,62 Su N-0,085 (3.9) atau S = 0,81 BHN N-0,085 (3.10) abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 13
  14. Berdasarkan persamaan garis lurus (Y=mX+C) dari Gambar 3.6 diatas, estimasi hubungan S-N (untuk: 103 < N < 106 atau Se<S<S1000) adalah: S=-[(S1000 – Se)/(106 – 103)] N + S1000 =-(S1000 – Se) 10-6 N + S1000 =-(0,9 Su – 0,5 Su) 10-6 N + 0,9 Su =-0,4 Su 10-6 N + 0,9 Su =Su (0,9 – 0,4 10-6 N) S/Su=k=0,9 – 0,4 10-6 N 0,4 10-6 N = 0,9 – k 14 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  15. maka: N = [(0,9-k)/0,4] 106 (3.11) Untuk N>106 siklus: Sa/Sb = (Nb/Na)R (3.12) dimana: Sa = Kekuatan lelah pada umur Na Sb = Kekuatan lelah pada umur Nb Na = Umur lelah pada kekuatan lelah Sa Nb = Umur lelah pada kekuatan lelah Sb R = Rasio tegangan = σmin / σmax 15 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  16. Pada tegangan siklik, S atau SN sebesar tegangan patah sebenarnya, σf maka umur lelah adalah sebesar 1 atau ¼ siklus. Hubungan tegangan maksimum, σmax dengan batas lelah dan kekuatan tarik, dapat dirumuskan sebagai berikut: σmax = (2 Se Su) / {Se + Su + R (Se – Su)} (3.13) abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 16
  17. Contoh Soal 3.1: Suatu komponen baja dengan Su = 150 ksi dan Se = 60 ksi mengalami pembebanan siklik dengan tegangan maksimum 110 ksi dan tegangan minimum 10 ksi. Dengan menggunakan persamaan Goodman, tentukan umur komponen baja tersebut. Jawab: σmax = 110 Ksi σmin = 10 Ksi σa = ( 110 – 10 ) : 2 = 50 Ksi σm = (110 + 10 ) : 2 = 60 Ksi 17 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  18. dari persamaan Goodman: σa /Se + σm /Su = 1 σa /SN + σm /Su = 1 50/SN + 60/150 = 1 SN = 83 Ksi Jika diplot pada Diagram haigh: σa S1000=0,9Su=110 83 Se=0,5Su=60 σm 60 Su=150 18 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  19. Maka umur komponen akan berada pada siklus antara 103 ÷ 106 dengan nilai tegangan siklik sebesar 83 Ksi. Jika diplot pada Diagram S-N: S (Ksi) 110 83 60 N (siklus) 103 106 19 abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI
  20. dapat dihitung berdasarkan persamaan S-N: S = 1,62 . Su . N-0,085 83 = 1,62 . 150 . N-0,085 N = 3,1 . 105 Siklus abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 20
  21. Contoh Soal 3.2: Suatu batang komponen baja dengan kekuatan tarik, Su = 114 Ksi memiliki lebar 1 inch dan tebal ¼ inch dan pada kedua sisinya terdapat takikan ½ lingkaran dengan radius 1/10 inch. Tentukan umur lelah komponen tersebut jika dikenai beban berulang (R=-1) dengan amplitudo beban 10 Kips. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 21
  22. Jawab. Penampang sisa, Anet = ¼ . 0,8 = 0,2 in2 Maka: Snet = P/Anet = 10 Kips / 0,2 in2 = 50 Ksi Berdasarkan persamaan S-N, sehingga: S = 1,62 . Su . N-0,085 50 = 1,62 . 114 . N-0,085 N = 4,7 . 106 Siklus abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 22
  23. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 23
  24. 3.1 Baja dengan kekuatan tarik, Su = 100 Ksi. Prediksikanlah tegangan siklik yang diijinkan yang akan memberikan umur: 103 dan 106 siklus. Ulangi prediksi tersebut untuk baja dengan kekuatan tarik 220 Ksi. Gambarkan pula skematis kurva S-N nya. 3.2 Estimasikanlah kekerasan minimum (BHN) dari baja yang akan dipakai sebagai suatu komponen yang mendapat tegangan siklik ± 100 Ksi dan harus berumur 500.000 siklus. 3.3 Estimasikanlah umur lelah (dalam siklus) yang direncanakan terhadap komponen: batang torak pada mesin otomotif, handle rem sepeda motor dan engsel pintu. Berikanlah penjelasannya. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 24
  25. 3.4 Suatu baja dengan kekuatan tarik, Su = 70 Ksi dan kekuatan lelah, Se = 33 Ksi. Tentukanlah tegangan maksimum (zero to max, R = 0) yang memberikan umur lelah: 103 dan 106 siklus. Gunakanlah persamaan Goodman dalam prediksi tersebut. 3.5 Suatu komponen mengalami tegangan siklik: σmax = 75 Ksi dan σmin = -5 Ksi. Jika komponen tersebut terbuat dari baja dengan kekuatan tarik, Su = 100 Ksi, prediksikanlah umur lelahnya. 3.6 Pendekatan lain dalam memprediksi umur lelah adalah dengan persamaan Basquin (1910): σa = (σf - σm) (2Nf)b abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 25
  26. dimana: σf = kekuatan patah sebenarnya (true fracture strength) b = eksponen kekuatan lelah 2Nf = umur kegagalan (cycles to failure) Jika Su = 75 Ksi, σf = 120 Ksi dan b = -0,085. Tentukanlah tegangan siklik yang diijinkan (σa) yang dapat bergabung dengan σm sebesar 40 ksi dan memberikan umur lelah 5.105 siklus. Bandingkan pula hasilnya jika prediksi dilakukan melalui persamaan Goodman. abrianto_akuan@T.Metalurgi-UNJANI 26

×