11

PENGANTAR TEKNIK MESIN 4

PENGANTAR TEKNIK PENGANTAR TEKNIK MESIN 4MESIN 4

IWAN PONGO,ST,MTIWAN PONGO,ST,MT

22

KEKUATANKEKUATANKEKUATAN

33

DAFTAR ISIDAFTAR ISI

1.1. TEGANGAN IJIN DAN FAKTOR KEMANANTEGANGAN IJIN DAN FAKTOR KEMANAN2.2. JENIS BEBANJENIS BEBAN3.3. PEMBEBANANPEMBEBANAN4.4. PENGERTIAN KEKUATANPENGERTIAN KEKUATAN5.5. TEGANGAN IJIN PADA BEBAN STATISTEGANGAN IJIN PADA BEBAN STATIS6.6. HUBUNGAN BERBAGAI TEGANGAN IJIN HUBUNGAN BERBAGAI TEGANGAN IJIN

PADA BERBAGAI MATERIALPADA BERBAGAI MATERIAL7.7. TEGANGAN IJIN PADA BEBAN DINAMISTEGANGAN IJIN PADA BEBAN DINAMIS8.8. KARAKTERISTIK DINAMIS KARAKTERISTIK DINAMIS 9.9. CONTOH SOALCONTOH SOAL

44

––Untuk perhitungan maupun pembuktian dimensi suatu Untuk perhitungan maupun pembuktian dimensi suatu elemen mesin, pemilihan tegangan ijin merupakan hal yang elemen mesin, pemilihan tegangan ijin merupakan hal yang sangat penting. Tegangan ijin adalah tegangan maksimum sangat penting. Tegangan ijin adalah tegangan maksimum yang diperbolehkan terjadi pada elemen mesin agar tidak yang diperbolehkan terjadi pada elemen mesin agar tidak mengalami kerusakan atau perubahan bentuk plastis pada mengalami kerusakan atau perubahan bentuk plastis pada beban kerja. Tegangan ijin ini harus berada jauh dibawah beban kerja. Tegangan ijin ini harus berada jauh dibawah tegangan patah dari material, sehingga tersedia keamanan tegangan patah dari material, sehingga tersedia keamanan yang cukup.yang cukup.

––Besarnya tegangan ijin tergantung dari jenis material, jenis Besarnya tegangan ijin tergantung dari jenis material, jenis beban dan pembebanan, serta bentuk dari elemen mesin. beban dan pembebanan, serta bentuk dari elemen mesin.

––Pemilihan/penentuan besarnya faktor keamanan sangat Pemilihan/penentuan besarnya faktor keamanan sangat ditentukan oleh seberapa pentingnya, jenis dan penggunaan ditentukan oleh seberapa pentingnya, jenis dan penggunaan dari elemen mesin tersebut. dari elemen mesin tersebut.

TEGANGAN IJIN DAN FAKTOR KEMANANTEGANGAN IJIN DAN FAKTOR KEMANAN

55

2.2. JENIS BEBAN DAN PEMBEBANAN2.2. JENIS BEBAN DAN PEMBEBANANJENIS BEBAN:JENIS BEBAN:Dilihat dari bagaimana gaya luar bekerja pada konstruksi, serta Dilihat dari bagaimana gaya luar bekerja pada konstruksi, serta tegangan dan perubahan bentuk yang diakibatkannya, maka beban tegangan dan perubahan bentuk yang diakibatkannya, maka beban dapat dibedakan menjadi:dapat dibedakan menjadi:–– Beban tarik (mengakibatkan tegangan tarik, Beban tarik (mengakibatkan tegangan tarik, 鐗鐗tt))–– Beban tekan (mengakibatkan tegangan tekan, Beban tekan (mengakibatkan tegangan tekan, 鐗鐗cc) ) –– Beban lengkung (mengakibatkan tegangan lengkung, Beban lengkung (mengakibatkan tegangan lengkung, 鐗鐗bb))–– Beban geser (Beban geser (mengakibatkan tegangan geser, mengakibatkan tegangan geser, 鐘鐘s, s, atau atau 鐘鐘aa))–– Beban puntir / torsi (mengakibatkan tegangan torsi, Beban puntir / torsi (mengakibatkan tegangan torsi, 鐘鐘t t ) ) –– Disamping 5 jenis beban pokok ini, masih terdapat 2 jenis beban lagi yaitu Disamping 5 jenis beban pokok ini, masih terdapat 2 jenis beban lagi yaitu

beban tekukbeban tekuk yang merupakan kejadian khusus dari beban tekan (bila yang merupakan kejadian khusus dari beban tekan (bila ll –– panjang konstruksi jauh lebih besar dari panjang konstruksi jauh lebih besar dari d d - diameternya [l>>d] ) dan - diameternya [l>>d] ) dan beban beban tekanan permukaantekanan permukaan yang merupakan tekanan antar 2 permukaan yang merupakan tekanan antar 2 permukaan yang saling menekan.yang saling menekan.

qq Bila pada suatu elemen mesin bekerja lebih dari satu gaya sekaligus, maka Bila pada suatu elemen mesin bekerja lebih dari satu gaya sekaligus, maka pembebanan semacam ini disebut beban gabungan atau beban kombinasi.pembebanan semacam ini disebut beban gabungan atau beban kombinasi.

66

JENIS BEBAN KONSTRUKSIJENIS BEBAN KONSTRUKSI

Beban tarikBeban tarik tegangan tarik, tegangan tarik, tt

Beban tekan tegangan tekan, Beban tekan tegangan tekan, cc

Beban lengkung tegangan lengkung, Beban lengkung tegangan lengkung, bb

Beban geser Beban geser tegangan geser, tegangan geser, ss, atau , atau aa

Beban puntir / torsi tegangan torsi, Beban puntir / torsi tegangan torsi, t t

FFFF LLLL11

dddd11

FF FF

L>>d L>>d

TekukTekuk

ll

77

JENIS PEMBEBANAN:JENIS PEMBEBANAN:嗗 Jika dilihat perubahan arah dan besar beban terhadap waktu, maka jenis

pembebanan pada elemen mesin dapat dibedakan menjadi:– Beban statis, yaitu beban yang besar dan arahnya sepanjang waktu pembebanan,

konstan, dan – Beban dinamis / siklis, yaitu beban yang besar dan arahnya sepanjang waktu

pembebanan, berubah-ubah.嗗 Tergantung dari bagaimana beban berubah terhadap waktu, maka model

pembebanan pada elemen mesin dibedakan menurut:–– Beban statis (beban model I)Beban statis (beban model I)–– Beban dinamis pulsating / osilasi tarik atau tekan (beban model II)Beban dinamis pulsating / osilasi tarik atau tekan (beban model II)–– Beban dinamis bolak-balik (beban model III)Beban dinamis bolak-balik (beban model III)–– Beban dinamis umum (beban berosilasi secara teratur antara harga maksimum dan Beban dinamis umum (beban berosilasi secara teratur antara harga maksimum dan

minimum)minimum)–– Beban dinamis acak / tak beraturan (beban model IV)Beban dinamis acak / tak beraturan (beban model IV)

嗗嗗 Dalam kehidpan sehari-hari, pada umumnya beban yang terjadi adalah beban Dalam kehidpan sehari-hari, pada umumnya beban yang terjadi adalah beban dinamis umum dan beban dinamis acak. Namun untuk kepentingan praktis dinamis umum dan beban dinamis acak. Namun untuk kepentingan praktis dalam perencanaan, maka cukup beban model I dalam perencanaan, maka cukup beban model I –– III saja yang III saja yang diperhatikan.diperhatikan.

88

嗗嗗MODEL PEMBEBANANMODEL PEMBEBANAN鐗

t

鐗 = konstan

Model I

鐗

tModel II

鐗a

鐗a

鐗m

鐗max

鐗

t

Model III

鐗

Dinamis umum

Dinamis acak

鐗

t

tm = 0; min = a;

-max = min; R = min/ max

鐗min=00

0

0

0

0

鐗max

鐗min

鐗m

鐗a

鐗a

99

2.3. PENGERTIAN KEKUATAN2.3. PENGERTIAN KEKUATANBerikut ini adalah beberapa pengertian yang berkaitan dengan kekuatan dan tegangan ijin dari material.–Kekuatan patah - 鐗B (鐘B), adalah tegangan maksimum yang dapat ditahan

oleh material/konstruksi pada pembebanan statis. Karakteristik ini diperoleh dengan melakukan pengujian dari material dengan benda uji standar. Tergantung dari jenis beban, maka kekuatan patah disebut pula sebagai Kekuatan Tarik, Kekuatan Lengkung dan sebagainya.

嗗Besarnya kekuatan patah dihitung seperti berikut: 鐗B (鐘B) = Fmax/Ao (N/mm2)

Dimana: Fmax = beban maksimum/patah (N)Ao = luas penampang benda uji (mm)

–Batas luluh/yield - 鐗 y ( 鐘 y), adalah tegangan pada saat terjadinya luluh (regangan plastis bertambah dengan cepat tanpa kenaikan beban ) pada benda uji.

–Tegangan 0,2 - 鐗 0,2 , adalah tegangan yang menyebabkan perpanjangan plastis 0,2%. Tegangan ini merupakan pengganti tegangan luluh pada material yang tidak jelas batas luluhny seperti aluminium, tembaga dan sebagainya

1010

2.4. TEGANGAN IJIN PADA BEBAN STATIS2.4. TEGANGAN IJIN PADA BEBAN STATIS

Tegangan maksimum yang boleh terjadi pada konstruksi ditentukan oleh Tegangan maksimum yang boleh terjadi pada konstruksi ditentukan oleh kekuatan patah kekuatan patah 鐗鐗 BB dan batas luluh dan batas luluh 鐗鐗 yy atau atau 鐗鐗 0,20,2. Namun demikian selalu . Namun demikian selalu diusahakan masih terdapat keamanan yang cukup.diusahakan masih terdapat keamanan yang cukup.

Pada material Baja, pada padu:Pada material Baja, pada padu:鐗鐗ijinijin = = 鐗鐗yy/s/sff [N/mm [N/mm22] ; ] ; 鐘鐘ijinijin = = 鐘鐘yy/s/sff [N/mm [N/mm22] ]

Untuk Al, Al padu, logam ringan dan paduannya, seng dan sejenisnya:Untuk Al, Al padu, logam ringan dan paduannya, seng dan sejenisnya:

鐗鐗ijinijin = = 鐗鐗0,20,2/s/sff [N/mm [N/mm22] ; ] ; 鐘鐘ijinijin = = 鐘鐘0,20,2/s/sff [N/mm [N/mm22]]

Dimana: sDimana: sf f (faktor keamanan)= 1,5 (faktor keamanan)= 1,5 –– 2 2

Untuk material besi tuang, kayu, plastik, keramik, dsb:Untuk material besi tuang, kayu, plastik, keramik, dsb:

鐗鐗ijinijin = = 鐗鐗BB/s/sf f [N/mm[N/mm22] ; ] ; 鐘鐘ijinijin = = 鐘鐘BB/s/sff [N/mm [N/mm22]]

Dimana: sDimana: sff (faktor keamanan)= 1,8 (faktor keamanan)= 1,8 –– 3 3

1111

HUBUNGAN ANTAR TEGANGAN IJINHUBUNGAN ANTAR TEGANGAN IJIN

Baja, baja tuang, cu-Baja, baja tuang, cu-padu padu

鐗c ijin = 鐗t ijin 鐘a ijin = 0,85鐗t ijin

鐘t ijin = 0,65鐗t ijin

Aluminium, ai-paduAluminium, ai-padu 鐗c ijin = 1,2 鐗t ijin 鐘a ijin = 0,8鐗t ijin

鐘t ijin = 0,7鐗t ijin

Besi tuangBesi tuang 鐗c ijin = 2,5 鐗t ijin 鐘a ijin = 1,2鐗t ijin

Besi tuang temper, Besi tuang temper, besi tuang putihbesi tuang putih

鐗c ijin = 2 鐗t ijin 鐘a ijin = 1,2鐗t ijin

鐗y (鐘y) = (0,6 – 0,75) 鐗B (鐘B))

1212

嗗嗗FAKTOR KEAMANANFAKTOR KEAMANANBesarnya faktor keamanan dipilih dengan perimbangan sebagai berikut:Besarnya faktor keamanan dipilih dengan perimbangan sebagai berikut:

–– Faktor keamanan yang lebih kecil: Faktor keamanan yang lebih kecil: 嗗嗗Faktor yang lebih kecil bisa dipilih, jka beban kerja dapat diketahui dengan Faktor yang lebih kecil bisa dipilih, jka beban kerja dapat diketahui dengan

pasti, serta jika konstruksi gagal/patah tidak menimbulkan kerusakan yang pasti, serta jika konstruksi gagal/patah tidak menimbulkan kerusakan yang parah dan mudah diperbaikiparah dan mudah diperbaiki

–– Faktor keamanan yang lebih besar:Faktor keamanan yang lebih besar:嗗嗗Faktor yang lebih besar harus dipilih, jka beban kerja tidak dapat diketahui Faktor yang lebih besar harus dipilih, jka beban kerja tidak dapat diketahui

dengan pasti, serta jika konstruksi gagal/patah akan menimbulkan kerusakan dengan pasti, serta jika konstruksi gagal/patah akan menimbulkan kerusakan yang parah dan sulit diperbaikiyang parah dan sulit diperbaiki

嗗嗗PENGUJIAN KEKUATANPENGUJIAN KEKUATAN–– Pada perencanaan suatu konstruksi, konstruksi harus kuat menerima beban Pada perencanaan suatu konstruksi, konstruksi harus kuat menerima beban

kerja. Syarat suatu konstruksi kuat menerima beban adalah bila:kerja. Syarat suatu konstruksi kuat menerima beban adalah bila:Tegangan yang terjadi pada konstruksi < Tegangan ijin material yang Tegangan yang terjadi pada konstruksi < Tegangan ijin material yang digunakan, jadi:digunakan, jadi:

鐗鐗 < < 鐗鐗ijinijin atau atau 鐘鐘 = = 鐘鐘ijinijin

1313

2.5 KARAKTERISTIK DINAMIS MATERIAL2.5 KARAKTERISTIK DINAMIS MATERIAL –Didepan telah dijelaskan tentang difinisi beban dinamis atau beban siklis.

Beban ini secara umum terjadi pada komponen-komponen yang bergerak seperti poros, rocker-arm, roda gigi, bantalan serta pegas.

–Dilihat dari segi kekuatan maka komponen yang menerima beban dinamis akan lebih kritis dari komponen yang dibebani statis.

–– Batas lelah (Batas lelah (endurance limitendurance limit), ), 鐗鐗 EE atau atau 鐘鐘 EE: adalah tegangan maksimum : adalah tegangan maksimum yang dapat ditahan oleh material dengan umur tak terbatasyang dapat ditahan oleh material dengan umur tak terbatas

鐗鐗 (N/mm (N/mm22))

Umur, N (siklus) Umur, N (siklus)

鐗鐗ii

NNii

鐗鐗EE

NNEE

Umur terbatasUmur terbatas

Umur tak terbatasUmur tak terbatas

Umur batas lelah biasanya Umur batas lelah biasanya diambil Ndiambil NEE = 2.10 = 2.1066 siklus siklus

Diagram kekuatan lelah Diagram kekuatan lelah material/komponen (diagram S-N)material/komponen (diagram S-N)

50%50%

90%90%

PPhh:10%:10%

1414

DIAGRAM BATAS LELAHDIAGRAM BATAS LELAH

Tegangan Tegangan 鐗鐗

鐗鐗mm

鐗鐗mm鐗鐗

tt

鐗鐗mm = 0 = 0

鐗鐗minmin = o = o 鐗鐗minmin > 0 > 0

鐗鐗DD

鐘鐘DD

鐗鐗altalt 鐗鐗pulpul

鐗鐗tctc 鐗鐗bb 鐗鐗tt 鐗鐗cc

鐗鐗bb

鐘鐘alaltt

鐘鐘ppulul

鐘鐘tt 鐘鐘tt

1515

嗗嗗TEGANGAN IJIN PADA BEBAN DINAMISTEGANGAN IJIN PADA BEBAN DINAMISPada pembebanan dinamis, tegangan ijin dinyatakan dengan Pada pembebanan dinamis, tegangan ijin dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:persamaan sebagai berikut:

ijinijin =( =(DD.b.b11.b.b22)/()/(kk.s.sff) N/mm) N/mm22

ijinijin =( =(DD.b.b11.b.b22)/()/(kk.s.sff) N/mm) N/mm22

Dimana:Dimana:

鐗鐗D D = batas lelah material pada beban normal (N/mm= batas lelah material pada beban normal (N/mm22))DD = = batas lelah material pada beban geser (N/mmbatas lelah material pada beban geser (N/mm22) ) bb1 1 = faktor kekasaran permukaan (0,7 = faktor kekasaran permukaan (0,7 –– 1) 1)bb22 = faktor dimensi komponen (0,7 - 1) = faktor dimensi komponen (0,7 - 1)鐆鐆kk = faktor takik (0,8 = faktor takik (0,8 –– 1) 1)ssff = faktor keamanan (2 = faktor keamanan (2 –– 4) 4)

1616

Contoh soal 1Contoh soal 1嗗嗗 Dieketahui sebuah batang pengencang Dieketahui sebuah batang pengencang

seperti pada gambar 1 terbuat dari baja seperti pada gambar 1 terbuat dari baja 42 (S42 (Stt 42) dibebani secara statis, dengan 42) dibebani secara statis, dengan gaya F = 10000 N. gaya F = 10000 N.

嗗嗗 TentukanlahTentukanlah1.1. Tegangan tarik ijin (Tegangan tarik ijin (鐗鐗t ijint ijin) ) dari batang dari batang

agar kuat menerima beban. agar kuat menerima beban. 2.2. Diameter pengencang (d) Diameter pengencang (d)

–– Penyelesaian Penyelesaian Bahan pengencang St 42, Bahan pengencang St 42, jadi tegangan patah material adalah: jadi tegangan patah material adalah: 鐗鐗B B = =

420 N/mm420 N/mm22

Tegangan luluh (yield) dari material adalah:Tegangan luluh (yield) dari material adalah: 鐗鐗y y = 0,65 = 0,65 鐗鐗BB = 0,65 (420 N/mm = 0,65 (420 N/mm22) ) = 263 N/mm = 263 N/mm22

1) Tegangan tarik ijin 1) Tegangan tarik ijin dari material:dari material:((鐗鐗t ijint ijin) = ) = 鐗鐗yy/s/sff [N/mm [N/mm22]]Bila faktor keamanan diambil SBila faktor keamanan diambil Sff= 2, = 2, maka maka ((鐗鐗t ijint ijin) = (263/2) [N/mm) = (263/2) [N/mm22] ]

= 130 N/mm = 130 N/mm2 2

2) Batang kuat bila 2) Batang kuat bila 鐗鐗t t 鑇鑇 鐗鐗tijintijin , , jadi (F/(jadi (F/(鐔鐔//44dd22) ) 鑇鑇 鐗鐗tijintijin

dd22 鑗鑗 鑺鑺 (4.F/ (4.F/ 鐔鐔 鐗鐗tijintijin ) ) 鑗鑗 鑺鑺 (4.10000N/3,14.130 ) N/mm2 (4.10000N/3,14.130 ) N/mm2 dd22 鑗鑗 鑺鑺 (123)mm (123)mm22

d d 鑗鑗 10,7 mm 10,7 mm d = 12 mm d = 12 mm

FFFF dd

1717

Contoh soal 2Contoh soal 2

嗗嗗 Diketahui dudukan bantalan Diketahui dudukan bantalan seperti pada gambar diatas, seperti pada gambar diatas, tebuat dari Stebuat dari Stt 52, dan 52, dan tegangan lenkung yang tegangan lenkung yang terjadi pada potongan AB terjadi pada potongan AB adalahadalah鐗鐗b b = 48= 48 N/mmN/mm22

嗗嗗 Buktikanlah bahwa poros Buktikanlah bahwa poros kuat menerima beban kerja kuat menerima beban kerja

嗗嗗 PenyelesaianPenyelesaianPoros disamping menerima beban lengkung Poros disamping menerima beban lengkung dinamis, oleh karena itu, maka tegangan ijin dari dinamis, oleh karena itu, maka tegangan ijin dari poros adalah:poros adalah:

bijinbijin =( =(DD.b.b11.b.b22)/()/(kk.s.sff) N/mm) N/mm22

DD.= 260 N/mm.= 260 N/mm22 (tabel material) (tabel material)Untuk poros diambil Untuk poros diambil kk = 1,3; S = 1,3; Sff = 1,5; b1 = = 1,5; b1 = 0,85; b2 = 0,85. 0,85; b2 = 0,85. Jadi Jadi bijinbijin =(260.0,85.0,85)/(1,3.1,5) N/mm =(260.0,85.0,85)/(1,3.1,5) N/mm22

= 95 N/mm2 = 95 N/mm2Diketahui Diketahui 鐗鐗b b = 48= 48 N/mmN/mm2 2

Karena Karena 鐗鐗b b < < bijinbijin Maka poros kuat menerima beban kerja Maka poros kuat menerima beban kerja

鑪鑪

160

160

55

BB

AA

鑪鑪4545

TAHAPAN RANCANG BANGUNDISAIN

PEMILIHAN MATERIAL ANALISA

TEGANGAN (FEM)

PROTOTIPEUJI :

UNJUK KERJA, KEKUATAN STATIS,

DINAMIS

ANALISA TEGANGAN

SECARA EKSPERIMENTAL

PENGEMBANGAN SECARA

EKSPERIMENTAL

PENGUKURAN BEBAN

OPERASI

MODIFIKASI

PRODUKSIKONTROL KUALITAS

OPERASIMETODE INSPEKSI DAN PERBAIKAN

METODE NDI

OPTIMASIKONSTRUKSI

PENGEMBANGAN SECARA

EKSPERIMENTAL

KEKUATAN KONSTRUKSIUNJUK KERJA

DAERAH KRITISPREDIKSI UMUR OPERASI

BEBAN OPERASI

BEBAN KERJA

KEKUATAN MATERIAL

EVALUASI DISAIN

ANALISA UMUR OPERASIANALISA UMUR OPERASI

PENGUKURAN BEBAN OPERASI

KARAKTERISTIK LELAH MATERIAL

PREDIKSI UMUR OPERASI

D = S ni/Ni

RUSAK JIKA D = 1

UJI SIMULASI JALANUJI SIMULASI JALANPENGUKURAN

BEBAN LAPANGAN

ANALISA DATA

FREKUENSI RESPON

ESTIMASI SPEKTRUM BEBAN

BEBAN UJI

UJI SIMULASI

BLOK DIAGRAM UJI BLOK DIAGRAM UJI SIMULASI BEBAN SIMULASI BEBAN LAPANGANLAPANGAN

Catu Daya Hydraulic ACTUATOR

Katup servo

FM TAPE PLAYBACK

X..

X = PERCEPATAN

..

X.

X = KECEPATAN.

X

X = LANGKAH

Langkah

SET POINT

EVALUASI KEKUATAN STRUKTUR GEDUNGEVALUASI KEKUATAN STRUKTUR GEDUNG

ANALISIS

MUTU BAHAN BENTUK & DIMENSI

ANALISA KAPASITASMOMEN, GAYA LINTANG

(A)

BEBAN AKTUAL

ANALISA STRUKTURMOMEN, GAYA LINTANG

(B)

LAYAK JIKA A>B

EKSPERIMENTAL

UJI BEBAN

LENDUTAN (f)

RETAKAN (a,t)

LAYAK JIKAf,a,t < f,a,t ijin

嗗Dalam proses rancang bangun suatu struktur, maka tahapan proses mulai dari desain, prototyping, pengembangan secara eksperimental dan diakhiri dengan produksi masal, merupakan prosedur baku dalam industri modern.

嗗Pada tahap pengembangan secara eksperimental Berbagai jenis pengujian material, komponen dan konstruksi skala penuh dengan penekanan kepada analisis dan pengkajian terhadap kelelahan, kehandalan, keamanan serta integritas dari konstruksi, telah sangat umum dilakukan di laboratorium,

PENUTUPPENUTUP

2626

METODA PERANCANGAN KELELAHAN

METODA PERANCANGAN METODA PERANCANGAN KELELAHANKELELAHAN

2727

BAHASANBAHASAN

嗗嗗 PENDAHULUANPENDAHULUAN

嗗嗗 KELAHAN KONSTRUKSIKELAHAN KONSTRUKSI–– BEBAN SIKLISBEBAN SIKLIS

嗗嗗Amplitudo KonstanAmplitudo Konstan

嗗嗗Amplitudo BervariasiAmplitudo Bervariasi

–– DEFORMASI SIKLISDEFORMASI SIKLIS嗗嗗Pengerasan Dan Pelunakan SiklisPengerasan Dan Pelunakan Siklis

嗗嗗Rangkak SiklisRangkak Siklis

–– PERANCANGAN FATIGUEPERANCANGAN FATIGUE

–– KEKUATAN LELAHKEKUATAN LELAH

嗗嗗 ANALISA UMUR FATIGUE DARI KONSTRUKSI DAN PERALATANANALISA UMUR FATIGUE DARI KONSTRUKSI DAN PERALATAN–– PENGUKURAN BEBAN LAPANGANPENGUKURAN BEBAN LAPANGAN

–– ANALISA BEBAN LAPANGANANALISA BEBAN LAPANGAN

–– KONSEP AKUMULASI KERUSAKAN LINIERKONSEP AKUMULASI KERUSAKAN LINIER

–– MODIFIKASI KONSEP AKUMULASI KERUSAKAN LINIER.MODIFIKASI KONSEP AKUMULASI KERUSAKAN LINIER.

2828

PENDAHULUANPENDAHULUAN

嗗嗗ADA DUA ISU YANG HARUS DIPERHATIKAN ADA DUA ISU YANG HARUS DIPERHATIKAN DALAM PERANCANGAN TERHADAP FATIK DALAM PERANCANGAN TERHADAP FATIK YAITU:YAITU:––SUATU ANALISA KEPUTUSAN APAKAH ADA/ TIDAK SUATU ANALISA KEPUTUSAN APAKAH ADA/ TIDAK

KEMUNGKINAN TERJADINYA KELELAHANKEMUNGKINAN TERJADINYA KELELAHAN

––PERHATIAN TERHADAP FAKTOR-FAKTOR YANG PERHATIAN TERHADAP FAKTOR-FAKTOR YANG MENINGKATKAN ATAU MENGURANGI BAHAYA MENINGKATKAN ATAU MENGURANGI BAHAYA TERJADINYA KEGAGALAN LELAH/ FATIKTERJADINYA KEGAGALAN LELAH/ FATIK

––BAGAIMANA ISU-ISU INI DIPERGUNAKAN, DICEK BAGAIMANA ISU-ISU INI DIPERGUNAKAN, DICEK SERTA DIKWANTIFISIR TERGANTUNG DARI TUJUAN SERTA DIKWANTIFISIR TERGANTUNG DARI TUJUAN DESAIN/ PERANCANGAN.DESAIN/ PERANCANGAN.

2929

STRATEGI PERANCANGAN FATIKSTRATEGI PERANCANGAN FATIK

嗗嗗ADA 4 JENIS POKOK PERANCANGAN YAITU:ADA 4 JENIS POKOK PERANCANGAN YAITU:–– PERANCANGAN PERALATAN: MISALNYA PERANCANGAN TOOL PERANCANGAN PERALATAN: MISALNYA PERANCANGAN TOOL

KHUSUS ATAU TEST RIG -KHUSUS ATAU TEST RIG -””IN HOUSE TOOLIN HOUSE TOOL””

–– PEMBAHARUAN DARI PRODUK YANG SUDAH ADA: PEMBAHARUAN DARI PRODUK YANG SUDAH ADA: MEMPERBESAR ATAU MEMPERKECIL, MERUBAH BENTUK MEMPERBESAR ATAU MEMPERKECIL, MERUBAH BENTUK RANCANGAN TERDAHULU ATAU PENGGANTIAN PEGAS DAUN RANCANGAN TERDAHULU ATAU PENGGANTIAN PEGAS DAUN DENGAN PEGAS PILIN-DENGAN PEGAS PILIN-””NEW MODELNEW MODEL””

–– PERNCANGAN PROYRK BARU YANG LAIAN DARI YANG TELAH PERNCANGAN PROYRK BARU YANG LAIAN DARI YANG TELAH ADA: RANCANGAN MOBIL BARU, RIG LEPAS PANTAI DAN LAIN-ADA: RANCANGAN MOBIL BARU, RIG LEPAS PANTAI DAN LAIN-LAIN DISAIN BARU-LAIN DISAIN BARU-””NOVEL PRODUCTNOVEL PRODUCT””

–– PERANCANGAN JEMBATAN ATAU KETEL UAP: BEBAN YANG PERANCANGAN JEMBATAN ATAU KETEL UAP: BEBAN YANG DIHARAPKAN, METODA ANALISIS YANG DIPAKAI SERTA DIHARAPKAN, METODA ANALISIS YANG DIPAKAI SERTA TEGANGAN YANG DIIJINKAN DITENTUKAN OLEH PELANGGAN TEGANGAN YANG DIIJINKAN DITENTUKAN OLEH PELANGGAN ATAU OLEH SYARAT KELAIKAN (ATAU OLEH SYARAT KELAIKAN (CODE AUTHORITYCODE AUTHORITY)-)- ””DESIGN DESIGN TO CODETO CODE””

3030

IN HOUSE TOOLIN HOUSE TOOL嗗嗗 SETIAP PERALATAN YANG MENERIMA BEBAN SIKLIS HARUS SETIAP PERALATAN YANG MENERIMA BEBAN SIKLIS HARUS

DIRANCANG TAHAN TAHADAP KEGAGALAN LELAHDIRANCANG TAHAN TAHADAP KEGAGALAN LELAH

嗗嗗 INFORMASI DARI BEBAN SERTA KONDISI KERJA AKAN SANGAT INFORMASI DARI BEBAN SERTA KONDISI KERJA AKAN SANGAT MEMBANTU DIDALAM PERENCANAAN YANG BERHASILMEMBANTU DIDALAM PERENCANAAN YANG BERHASIL

嗗嗗 PERANCANG AKAN MEMBUAT BENTUK YANG TERHINDAR DARI PERANCANG AKAN MEMBUAT BENTUK YANG TERHINDAR DARI KONSENTRASI TEGANGAN, MENGHITUNG TEGANGAN, MEMILIH KONSENTRASI TEGANGAN, MENGHITUNG TEGANGAN, MEMILIH MATERIAL SERTA PERLAKUAN PANAS YANG SESUAI. MATERIAL SERTA PERLAKUAN PANAS YANG SESUAI. MENENTUKAN FAKTOR KEAMANANYANG SESUAI DENGAN UMUR MENENTUKAN FAKTOR KEAMANANYANG SESUAI DENGAN UMUR YANG DIRENCANAKANYANG DIRENCANAKAN

嗗嗗 BILA BEBAN YANG DIHARAPKAN BERFLUKTUASI DENGAN TIDAK BILA BEBAN YANG DIHARAPKAN BERFLUKTUASI DENGAN TIDAK BERATURAN, MAKA KONSEP KERUSAKAN KUMULATIF HARUS BERATURAN, MAKA KONSEP KERUSAKAN KUMULATIF HARUS DITERAPKAN.DITERAPKAN.

嗗嗗 UNTUK MENGHINDARI KEGAGALAN, PERANCANG HARUS UNTUK MENGHINDARI KEGAGALAN, PERANCANG HARUS MENERAPKAN RANCANGAN YANG DAPAT DIINSPEKSI ATAU MENERAPKAN RANCANGAN YANG DAPAT DIINSPEKSI ATAU DIGANTI,DIGANTI, ”” FAIL SAFE DESIGNFAIL SAFE DESIGN ”” ATAU DENGAN FAKTOR ATAU DENGAN FAKTOR KEAMANAN YANG TINGGI. KEAMANAN YANG TINGGI.

3131

NEW MODELNEW MODEL

嗗嗗 DIBUTUHKAN LEBIH BANYAK KEPASTIAN DAN DATA-DATA DIBUTUHKAN LEBIH BANYAK KEPASTIAN DAN DATA-DATA BEBAN DAN KONDISI LAPANGAN YANG DIUKUR MAUPUN DARI BEBAN DAN KONDISI LAPANGAN YANG DIUKUR MAUPUN DARI MODEL YANG TERDAHULUMODEL YANG TERDAHULU

嗗嗗 SELAIN PROSEDUR SEPERTI PADA IN HOUSE TOOL, DIBUTUHKAN SELAIN PROSEDUR SEPERTI PADA IN HOUSE TOOL, DIBUTUHKAN PULA PENGUJIAN UNTUK MEMASTIKAN SYARAT KEHANDALAN/ PULA PENGUJIAN UNTUK MEMASTIKAN SYARAT KEHANDALAN/ KWALITAS RANCANGANKWALITAS RANCANGAN

嗗嗗 KOMPONEN YANG PATAH DARI MODEL TERDAHULU MERUPAKAN KOMPONEN YANG PATAH DARI MODEL TERDAHULU MERUPAKAN DATA YANG SANGAT PENTING UNTUK MENILAI HASIL PENGUJIAN DATA YANG SANGAT PENTING UNTUK MENILAI HASIL PENGUJIAN MODEL YANG BARU ATAU UNTUK MENGANALISA PROSEDUR MODEL YANG BARU ATAU UNTUK MENGANALISA PROSEDUR PENGUJIAN YANG DIGUNAKAN APAKAH SESUAI ATAU TIDAK. PENGUJIAN YANG DIGUNAKAN APAKAH SESUAI ATAU TIDAK.

嗗嗗 DATA-DATA DARI MODEL TERDAHULU BAIK MENGENAI BEBAN DATA-DATA DARI MODEL TERDAHULU BAIK MENGENAI BEBAN MAUPUN ANALISA TEGANGAN DAPAT MEMPERCEPAT PROSES MAUPUN ANALISA TEGANGAN DAPAT MEMPERCEPAT PROSES DISAIN SERTA DAPAT MENGURANGI BIAYA.DISAIN SERTA DAPAT MENGURANGI BIAYA.

3232

NOVEL PRODUCTNOVEL PRODUCT嗗嗗 MEMERLUKAN USAHA-USAHA, WAKTU DAN BIAYA YANG BESAR.MEMERLUKAN USAHA-USAHA, WAKTU DAN BIAYA YANG BESAR.

嗗嗗 KETELITIAN TERHADAP PERKIRAAN BEBAN YANG AKAN KETELITIAN TERHADAP PERKIRAAN BEBAN YANG AKAN DITERIMA KONSTRUKSI MERUPAKAN FAKTOR YANG SANGAT DITERIMA KONSTRUKSI MERUPAKAN FAKTOR YANG SANGAT PENTINGPENTING

嗗嗗 KESALAHAN MEMPERKIRAKAN BEBAN SULIT/ TIDAK DAPAT KESALAHAN MEMPERKIRAKAN BEBAN SULIT/ TIDAK DAPAT DIATASI DENGAN MELAKUKAN ANLISA TEGANGANDIATASI DENGAN MELAKUKAN ANLISA TEGANGAN

嗗嗗 ANALISA UMUR LELAH UNTUK SEMUA KOMPONEN DAPAT ANALISA UMUR LELAH UNTUK SEMUA KOMPONEN DAPAT DILAKUKAN BILA SPEKTRUM BEBAN LAPANGAN SUDAH DILAKUKAN BILA SPEKTRUM BEBAN LAPANGAN SUDAH DIKETAHUI/ DIREKAMDIKETAHUI/ DIREKAM

嗗嗗 HASIL ANALISA UMUR LELAH BIASANYA DIVERIFIKASI DENGAN HASIL ANALISA UMUR LELAH BIASANYA DIVERIFIKASI DENGAN PENGUJIAN KELELAHAN KOMPONEN MAUPUN SEKALA PENUH. PENGUJIAN KELELAHAN KOMPONEN MAUPUN SEKALA PENUH. HASIL PENGUJIAN MENENTUKAN APAKAH MODEL PERLU HASIL PENGUJIAN MENENTUKAN APAKAH MODEL PERLU DOMODIFIKASI/ DIPERBAIKAI ATAU TIDAK.DOMODIFIKASI/ DIPERBAIKAI ATAU TIDAK.

嗗嗗 PROTOTIPE ATAU PROTOTIPE ATAU ““ PILOT MODELPILOT MODEL ”” SANGAT MEMBANTU UNTUK SANGAT MEMBANTU UNTUK MEMASTIKAN FUNGSI, UNJUK KERJA SERTA BEBAN OPERASINYA. MEMASTIKAN FUNGSI, UNJUK KERJA SERTA BEBAN OPERASINYA.

3333

DESIGN TO CODEDESIGN TO CODE

嗗嗗Pada prinsipnya perancangan berdasarkan atuaran/ stardar Pada prinsipnya perancangan berdasarkan atuaran/ stardar ((codecode), adalah perancangan yang mengikuti aturan-aturan atau ), adalah perancangan yang mengikuti aturan-aturan atau batasan-batasan yang telah ditetapkan oleh standar batasan-batasan yang telah ditetapkan oleh standar internasional maupun produsen/ prinsipal mengenai kekuatan, internasional maupun produsen/ prinsipal mengenai kekuatan, tegangan kerja, kualits dan sebagainya. tegangan kerja, kualits dan sebagainya.

嗗嗗Dalam bidang sambungan las misalnya, american welding Dalam bidang sambungan las misalnya, american welding society (AWS) mempublikasikan diagrram kekuatan lelah dari society (AWS) mempublikasikan diagrram kekuatan lelah dari sambungan las yang menggambarkan hubungan antara tegangan sambungan las yang menggambarkan hubungan antara tegangan dan umur lelah sambungan, yang dianjurkan dipergunakan dan umur lelah sambungan, yang dianjurkan dipergunakan pada perancangan sambungan las untuk berbagai bentuk pada perancangan sambungan las untuk berbagai bentuk sambungan. sambungan.

3434

KRITERIA RANCANGAN TERHADAP KRITERIA RANCANGAN TERHADAP KELELAHANKELELAHAN

嗗嗗Kriterian rancangan terhadap kelelahan meliputi konsep mulai Kriterian rancangan terhadap kelelahan meliputi konsep mulai dari dari ““ infinite life infinite life sampaisampai damage tolerance damage tolerance ”” . Semua konsep . Semua konsep tersebut sampai sekarang masih dipergunakan, tergantung dari tersebut sampai sekarang masih dipergunakan, tergantung dari jenis masalah serta tuntutan pemakaiannya. Kriteria tersebut jenis masalah serta tuntutan pemakaiannya. Kriteria tersebut sebagai berikut:sebagai berikut:–– Infinite -life design Infinite -life design (umur tidak terbatas)(umur tidak terbatas)

–– Safe-life design Safe-life design (aman selama pemakaian tertentu)(aman selama pemakaian tertentu)

–– Fail-safe design Fail-safe design (boleh gagal tapi tetap aman selama pemakaian)(boleh gagal tapi tetap aman selama pemakaian)

–– Damage-tolerant design Damage-tolerant design (selama beroperasi rancangan boleh mengalami (selama beroperasi rancangan boleh mengalami

kerusakan, asal tidak membahayakan)kerusakan, asal tidak membahayakan)

3535

INFINITE-LIFE DESIGNINFINITE-LIFE DESIGN

嗗嗗Kriteria ini merupakan kriteria tertua dibidang perekayasaan. Kriteria ini merupakan kriteria tertua dibidang perekayasaan.

嗗嗗Dengan prinsip ini, rancangan dapat dikatakan mempunyai Dengan prinsip ini, rancangan dapat dikatakan mempunyai keamanan yang tidak terbatas, sehingga umurnya tek terbatas.keamanan yang tidak terbatas, sehingga umurnya tek terbatas.

嗗嗗Pada perancangan ini tegangan kerja berada dibawah batas Pada perancangan ini tegangan kerja berada dibawah batas lelah dari materiallelah dari material

嗗嗗Bagi komponen yang selama beroperasinya mengalami Bagi komponen yang selama beroperasinya mengalami pembebanan siklis amplitudo konstan seperti pegas katup mesin pembebanan siklis amplitudo konstan seperti pegas katup mesin mobil, konsep ini masih merupakan suatu metoda perancangan mobil, konsep ini masih merupakan suatu metoda perancangan

yang baik.yang baik.

3636

SAFE-LIFE DESIGNSAFE-LIFE DESIGN

嗗嗗 Infinite-life design sangat cocok untuk perancangan gandar kereta api, Infinite-life design sangat cocok untuk perancangan gandar kereta api, seperti yang telah diteliti oleh woehler.seperti yang telah diteliti oleh woehler.

嗗嗗 Perancang automotive lebih senang menggunakan komponen yang apabila Perancang automotive lebih senang menggunakan komponen yang apabila dibebani dengan beban maksimum yang diharapkan/ rancangan dapat dibebani dengan beban maksimum yang diharapkan/ rancangan dapat bertahan hanya sampai siklus beban tertentu, jadi umurnya terbatas sesuai bertahan hanya sampai siklus beban tertentu, jadi umurnya terbatas sesuai perencanaan perencanaan

嗗嗗 Konsep perancangan untuk umur terbatas ini dikenal dengan istilahKonsep perancangan untuk umur terbatas ini dikenal dengan istilah”” safe- safe-life designlife design””..

嗗嗗 Penggunaannya antara lain: perancangan tangki bertekanan, mesin jet, Penggunaannya antara lain: perancangan tangki bertekanan, mesin jet, turbin, pompa air, bantalan gelinding dan lain-lain.turbin, pompa air, bantalan gelinding dan lain-lain.

嗗嗗 Perancangannya dapat didasarkan pada: hubungan tegangan-umur, Perancangannya dapat didasarkan pada: hubungan tegangan-umur, regangan-umur atau kecepatan rambatan retakregangan-umur atau kecepatan rambatan retak

嗗嗗 Faktor keamanan pada safe-life design biasanya dalam bentuk umur ( umur Faktor keamanan pada safe-life design biasanya dalam bentuk umur ( umur perhitingan = 20x umur yang diharapkan), beban (beban rencana = 2x beban perhitingan = 20x umur yang diharapkan), beban (beban rencana = 2x beban

harapan), atau umur dan beban. harapan), atau umur dan beban.

3737

FAIL-SAFE DESIGNFAIL-SAFE DESIGN

嗗嗗 Kriteria perancangan fatik berdasarkan Kriteria perancangan fatik berdasarkan ““ fail-safefail-safe ”” awalnya awalnya dikembangkan oleh perancang pesawat udara.dikembangkan oleh perancang pesawat udara.

嗗嗗 Perancang pesawat tidak mau mengambil risiko berat yang berlebih Perancang pesawat tidak mau mengambil risiko berat yang berlebih karena faktor keamanan yng besar, dilain pihak juga tidak menghendaki karena faktor keamanan yng besar, dilain pihak juga tidak menghendaki adanya bahaya karena faktor keamanan yang keciladanya bahaya karena faktor keamanan yang kecil

嗗嗗 Pada konsep ini retak fatik pada konstruksi diijinkan dan rancangan Pada konsep ini retak fatik pada konstruksi diijinkan dan rancangan asal tidak berbahaya sebelum dideteksi dan diperbaiki.asal tidak berbahaya sebelum dideteksi dan diperbaiki.

嗗嗗 Untuk memperoleh disain yang Untuk memperoleh disain yang fail-safefail-safe dapat dilakuakn dengan dapat dilakuakn dengan membuat/ menerapkan membuat/ menerapkan multiple load pathsmultiple load paths dan dan crack stopercrack stoper..

嗗嗗 Philosofi ini terutama diterapkan pada rancangan rangka pesawat Philosofi ini terutama diterapkan pada rancangan rangka pesawat ( sayap, badan, elevator, multiple engine, dll), serta berbagai konstruksi ( sayap, badan, elevator, multiple engine, dll), serta berbagai konstruksi lainnya. Landing gear selalu dirancang lainnya. Landing gear selalu dirancang safe-lifesafe-life

3838

DAMAGE-TOLERANT DESIGNDAMAGE-TOLERANT DESIGN

嗗嗗 Damage-tolerant design adalah pengembangan lebih lanjut dari filosofi fail-Damage-tolerant design adalah pengembangan lebih lanjut dari filosofi fail-safe.safe.

嗗嗗 Pada saat perancangan telah diasumsikan bahwa akan terjadi retak (baik Pada saat perancangan telah diasumsikan bahwa akan terjadi retak (baik karena proses pengerjaan maupun karena kelelahan) selama konstruksi karena proses pengerjaan maupun karena kelelahan) selama konstruksi beroperasi. Asal selama retak berkembang retak tersebut dapat dipantau beroperasi. Asal selama retak berkembang retak tersebut dapat dipantau secara periodik dengan metoda inspeksi tidak merusak. secara periodik dengan metoda inspeksi tidak merusak.

嗗嗗 Retak tersebut harus dapat dianalisa dengan kaidah mekanika patah maupun Retak tersebut harus dapat dianalisa dengan kaidah mekanika patah maupun secara experimental, untuk mengetahui apakah retak tersebut akan secara experimental, untuk mengetahui apakah retak tersebut akan berkembang sehingga cukup membahayakan konstruksi sebelum dapat berkembang sehingga cukup membahayakan konstruksi sebelum dapat diinspeksi secara periodik.diinspeksi secara periodik.

嗗嗗 Filosofi ini diterapkan pada material yang mempunyai perambatan retak Filosofi ini diterapkan pada material yang mempunyai perambatan retak yang lambat serta ketangguhan patah yang tinggi.yang lambat serta ketangguhan patah yang tinggi.

嗗嗗 Pada perancangan tangki bertekanan dikenal Pada perancangan tangki bertekanan dikenal ““leak before burstleak before burst””

3939

HIGH CYCLES FATIGUEHIGH CYCLES FATIGUEHIGH CYCLES FATIGUE

4040

DAFTAR ISIDAFTAR ISI

•• UmumUmum•• Karakteristik lelah (Diagram S-N)Karakteristik lelah (Diagram S-N)•• Pengaruh Tegangan Rata-RataPengaruh Tegangan Rata-Rata

4141

•• UmumUmum–– Metoda pertama yang digunakan untuk mengerti dan Metoda pertama yang digunakan untuk mengerti dan

mengkuantifisir kelelahan logammengkuantifisir kelelahan logam–– Metoda disain kelelahan standar selama lebih dari 100 Metoda disain kelelahan standar selama lebih dari 100

tahuntahun–– Masih banyak digunakan sampai sekarang untuk Masih banyak digunakan sampai sekarang untuk

komponen yang mengalami tegangan dibawah batas komponen yang mengalami tegangan dibawah batas elastis, dan umurnya panjang.elastis, dan umurnya panjang.

–– Tidak sesuai untuk Tidak sesuai untuk ““low cycles fatiguelow cycles fatigue””•• Diagram S-NDiagram S-N

–– Dasarnya adalah metoda Woehler.Dasarnya adalah metoda Woehler.–– Contoh diagram S-N, gambar 1. Diagram ini diperoleh dari Contoh diagram S-N, gambar 1. Diagram ini diperoleh dari

pengujian 4 titik tumpuan, dengan frekuensi putar 1750 pengujian 4 titik tumpuan, dengan frekuensi putar 1750 rpm. Dilakukan material baja 1045 dengan pembebanan rpm. Dilakukan material baja 1045 dengan pembebanan lengkung rotasi dengan sesuai metoda R.R.Moore.lengkung rotasi dengan sesuai metoda R.R.Moore.

4242

KARAKTERISTIK LELAH MATERIALKARAKTERISTIK LELAH MATERIAL(DIAGRAM S-N)(DIAGRAM S-N)

嗗嗗UMUR KONSTRUKSI DIHITUNG DENGAN PERSAMAAN:UMUR KONSTRUKSI DIHITUNG DENGAN PERSAMAAN:

嗗嗗NNii = N = NDD((SSaiai/ S/ See ) ) -K-K

嗗嗗

LOG S

佢

Sai

佢Se

LOG NNi ND

K = 1/tg.鐅

鐅

GAMBAR 1

4343

–– Benda uji berbentuk Benda uji berbentuk ““ hourglasshourglass ”” dengan bagian dengan bagian ujinya berdiameter 0.25in - 0,30in dan dipoles ujinya berdiameter 0.25in - 0,30in dan dipoles mengkilap. Level tegangan pada permukaan benda mengkilap. Level tegangan pada permukaan benda uji dihitung dengan persamaan batang elastis yatiu S uji dihitung dengan persamaan batang elastis yatiu S = Mc/I walaupun nilai tegangan lebih besar dari batas = Mc/I walaupun nilai tegangan lebih besar dari batas luluh material.luluh material.

–– Kekurangannya: semua regangan dianggap elastis Kekurangannya: semua regangan dianggap elastis serta mengabaikan karakteristik tegangan-regangan serta mengabaikan karakteristik tegangan-regangan sesunguhnyasesunguhnya

–– Hanya berlaku bila regangan plastis sangat kecil.Hanya berlaku bila regangan plastis sangat kecil.–– Diagram S-N bisanya dipresentasikan dalam bentuk Diagram S-N bisanya dipresentasikan dalam bentuk

kurve log-log, dan garis diagram S-N kurve log-log, dan garis diagram S-N menggambarkan data-data rata-ratamenggambarkan data-data rata-rata

4444

BENDA UJI BENDA UJI ““hourglasshourglass””

PANJANG BENDA UJI

BAGIAN UJIJEPITAN

□ ATAU Ф

4545

•• Baja BCC memperlihatkan adanya batas lelah Baja BCC memperlihatkan adanya batas lelah (endurance limit)-S(endurance limit)-Se e pada diagram S-N. Endurance limit pada diagram S-N. Endurance limit adalah level tegangan tertentu, dan tegangan dibawah adalah level tegangan tertentu, dan tegangan dibawah level tersebut tidak menyebabkan material patah. Untuk level tersebut tidak menyebabkan material patah. Untuk hal-hal praktis batas lelah diambail pada Nhal-hal praktis batas lelah diambail pada NBB = 2.10 = 2.1066 siklus. siklus.

•• Batas lelah disebabkan adanya elemen interstisi, Batas lelah disebabkan adanya elemen interstisi, seperti C dan N pada latik Fe, yang menahan dislokasi.seperti C dan N pada latik Fe, yang menahan dislokasi.

•• Hal ini menyebabkan terhalangnya mekanisme slip Hal ini menyebabkan terhalangnya mekanisme slip penyebab tumbuhnya retak mikro.penyebab tumbuhnya retak mikro.

•• Batas lelah bisa lenyap karena:Batas lelah bisa lenyap karena:–– Beban lebih yang timbulnya secara periodik (unpin Beban lebih yang timbulnya secara periodik (unpin

dislocations)dislocations)–– Lingkungan yang korosiv (menyebabkan fatigue-corrosion Lingkungan yang korosiv (menyebabkan fatigue-corrosion

interaction)interaction)–– Temperatur tinggi (memobilisasi dislokasi)Temperatur tinggi (memobilisasi dislokasi)

4646

–– Kebanyakan paduan nonferrous tidak Kebanyakan paduan nonferrous tidak memiliki batas lelah, dan diagram S-N memiliki batas lelah, dan diagram S-N akan mempunyai kurve yang menerus akan mempunyai kurve yang menerus (kontinyu), gambar 2. Batas lelah hayal (kontinyu), gambar 2. Batas lelah hayal dapat ditentukan pad level tegangan yang dapat ditentukan pad level tegangan yang menyebabkan umur material sekitar 5.10menyebabkan umur material sekitar 5.1088

–– Terdapat hubungan empiris antara sifat Terdapat hubungan empiris antara sifat lelah dari material dengan karakteristik lelah dari material dengan karakteristik tarik statis dan kekerasannya.tarik statis dan kekerasannya.

–– Rasio fatik adalah: perbandingan batas Rasio fatik adalah: perbandingan batas lelah dengan tegangan patah-Slelah dengan tegangan patah-Suu, Baja , Baja dengan Sdengan Suu < 200 ksi memiliki rasio fatik 0.5 < 200 ksi memiliki rasio fatik 0.5 (bervariasi dari 0.35 - 0.6)(bervariasi dari 0.35 - 0.6)

4747

KARAKTERISTIK LELAH MATERIALKARAKTERISTIK LELAH MATERIALNON FERROUSNON FERROUS

LOG S

佢

Sa1

佢Sa2

LOG NN1 N2

K = 1/tg.鐅

GAMBAR 2

4848

–– Baja dengan SBaja dengan Suu > 200 ksi mengandung inklusi > 200 ksi mengandung inklusi karbida yang terbentuk selama tempering dari karbida yang terbentuk selama tempering dari martensit. Inklusi non metallik ini berfungsi sebagai martensit. Inklusi non metallik ini berfungsi sebagai titik pemicu retak, yang dapat dengan efektif titik pemicu retak, yang dapat dengan efektif mengurangi batas lelah.mengurangi batas lelah.

–– Hubungan antara Hubungan antara SuSu dengan kekerasan (BHN) baja: dengan kekerasan (BHN) baja: Su (ksi) = 0.5 BHN Su (ksi) = 0.5 BHN

–– Se (ksi) = 0,25 BHN untuk BHN Se (ksi) = 0,25 BHN untuk BHN 鏿鏿 400, bila BHN > 400, bila BHN > 400 , Se = 100 ksi400 , Se = 100 ksi

–– Se = 0,5 Su untuk Su Se = 0,5 Su untuk Su 鏿鏿 200 ksi, bila Su> 200 ksi, 200 ksi, bila Su> 200 ksi, maka Se = 100 ksimaka Se = 100 ksi

–– Amplitudo tegangan yang sesuai untk umur 1000 Amplitudo tegangan yang sesuai untk umur 1000 siklus, untuk material baja adalah: 0.9 Su. Garis siklus, untuk material baja adalah: 0.9 Su. Garis yang menghubungkan titik ini dengan endurance yang menghubungkan titik ini dengan endurance limit adalah garis disain estimasi dari diagram S-N, limit adalah garis disain estimasi dari diagram S-N, bila data kelelahan yang aktual tidak tersedia.bila data kelelahan yang aktual tidak tersedia.

4949

–– Untuk baja, persamaan berikut dapat pula Untuk baja, persamaan berikut dapat pula digunakan untuk memperkirakan kurve S-N:digunakan untuk memperkirakan kurve S-N:

S = 10S = 10CCNNbb (untuk 10 (untuk 1033< N < 10< N < 1066))dimana C dan b adalah:dimana C dan b adalah:b = -(1/3) logb = -(1/3) log1010 (S1000/Se) ; C = log (S1000/Se) ; C = log1010

((S1000)((S1000)22/Se)/Se)N = 10-C/bS1/b, untuk 103 < N < 106N = 10-C/bS1/b, untuk 103 < N < 106

–– Bila SBila S10001000 dan S dan See diketahui, maka: diketahui, maka: SS10001000 = 0.9 Su dan S = 0.9 Su dan Se e = 0.5 S= 0.5 Su u

–– Dan diagram S-N didefinisikan sebagai:Dan diagram S-N didefinisikan sebagai:S = 1,62SuNS = 1,62SuN-0.085-0.085

–– Untuk logam-logam lain disarankan untuk tidak Untuk logam-logam lain disarankan untuk tidak menggunakan pendekatan diatas.menggunakan pendekatan diatas.

5050

•• Berkenaan dengan diagram S-N, beberapa hal berikut Berkenaan dengan diagram S-N, beberapa hal berikut perlu mendapat perhatian:perlu mendapat perhatian:–– Persamaan empirin diatas, benar-benar hanya Persamaan empirin diatas, benar-benar hanya

perkiraan. Tergantung dari tingkat kepastian yang perkiraan. Tergantung dari tingkat kepastian yang diharapkan pada analisa kelelahan, kadang-kadang diharapkan pada analisa kelelahan, kadang-kadang diperlukan data uji yang sebenaarnyadiperlukan data uji yang sebenaarnya..

–– Konsep yang paling penting dari diagram S-N adalah: Konsep yang paling penting dari diagram S-N adalah: bahwa batas lelah digunakan untuk perancangan bahwa batas lelah digunakan untuk perancangan komponen dengan umur tidk terbatas atau komponen dengan umur tidk terbatas atau ““ safe life safe life atau safe stressatau safe stress””..

–– Secara umum, pendekatan dengan diagram S-N, Secara umum, pendekatan dengan diagram S-N, hendaknya jangan digunakan untuk menganalisa hendaknya jangan digunakan untuk menganalisa umur konstruksi dibawah 1000 siklus.umur konstruksi dibawah 1000 siklus.

•• Sehubungan dengan butir terakhir diatas, diingatkan Sehubungan dengan butir terakhir diatas, diingatkan untuk tidak menggunakan metoda pendekatan diatas untuk tidak menggunakan metoda pendekatan diatas untuk menentukan diagram S-N dibawah 1000 siklus. untuk menentukan diagram S-N dibawah 1000 siklus. Hal ini disebabkan karena kurve diagram S-N dibawah Hal ini disebabkan karena kurve diagram S-N dibawah 1000 siklus biasanya sangat datar, akibat terjadinya 1000 siklus biasanya sangat datar, akibat terjadinya regangan plastis yang terlalu besar. Untuk kondisi ini regangan plastis yang terlalu besar. Untuk kondisi ini harus digunakan pendekatan harus digunakan pendekatan ““low cycle fatiguelow cycle fatigue””

5151

Pengaruh Tegangan Rata-RataPengaruh Tegangan Rata-Rata

–– Beberapa nomenklatur yang dibutuhkan untuk Beberapa nomenklatur yang dibutuhkan untuk membahas tegangan rata-rata, gambar 1.6membahas tegangan rata-rata, gambar 1.6

•• 鏨鐗鏨鐗 鏡鐗鏡鐗maxmax 佲佲 鐗鐗minmin 鏡鏡 range tegangan range tegangan•• 鐗鐗aa 鏡佱鐗鏡佱鐗maxmax佲鐗佲鐗minmin佪佴鏖鏡佪佴鏖鏡 amplitudo tegangan amplitudo tegangan•• 鐗鐗mm 鏡佱鐗鏡佱鐗maxmax++鐗鐗minmin佪佴鏖鏡佪佴鏖鏡 tegangan tegangan rata-rata rata-rata•• R = R = 鐗鐗minmin / / 鐗鐗maxmax = rasio tegangan = rasio tegangan•• A = A = 鐗鐗aa / / 鐗鐗mm = rasio amplitudo = rasio amplitudo

–– Nilai R dan A untuk beberapa kondisi Nilai R dan A untuk beberapa kondisi pembebanan yang umum adalah sebagai berikut:pembebanan yang umum adalah sebagai berikut:

•• Beban bolak-balik penuh : R = -1 A = Beban bolak-balik penuh : R = -1 A = 鑉鑉•• Nol ke maksimum : R = 0 A = 1Nol ke maksimum : R = 0 A = 1•• Nol ke minimum : R = Nol ke minimum : R = 鑉鑉 A = -1 A = -1

5252

–– Hasil pengujian kelelahan yang menggunakan tegangan Hasil pengujian kelelahan yang menggunakan tegangan rata-rata rata-rata 鑝鑝 0 kerap digambarkan pada diagram Haigh ( 0 kerap digambarkan pada diagram Haigh ( 鐗鐗aa - - 鐗鐗 mm ), dan garis umur konstannya ditarik dari titik-titik hasil ), dan garis umur konstannya ditarik dari titik-titik hasil pengujian, gambar 1.7 & 1.8).pengujian, gambar 1.7 & 1.8).

–– Karena pengujian untuk menggambarkan diagram High Karena pengujian untuk menggambarkan diagram High sangat mahal, maka dikembangkanlah persamaan-sangat mahal, maka dikembangkanlah persamaan-persamaan empiris untuk menggambarkan wilayah disain persamaan empiris untuk menggambarkan wilayah disain dengan umur tidak terbatas. dengan umur tidak terbatas.

•• Persamaan-persamaan berikut yang diperlihatkan Persamaan-persamaan berikut yang diperlihatkan pada gambar 1.9, sering digunakan untuk pada gambar 1.9, sering digunakan untuk menggambarkan umur disain tidak terbatas. menggambarkan umur disain tidak terbatas. –– Soderberg (USA, 1930)Soderberg (USA, 1930) : : 鐗鐗aa 鑈鑈 S See 佬佬 鐗鐗mm 鑈鑈 S Syy 鏡鏡 佶佶–– Goodman (england,1899)Goodman (england,1899) : : 鐗鐗aa 鑈鑈 S See 佬佬 鐗鐗mm 鑈鑈 S Su u 鏡鏡 佶佶–– Gerber (Germany, 1874)Gerber (Germany, 1874) : : 鐗鐗aa 鑈鑈 S See 佬佬 ( (鐗鐗mm 鑈鑈 S Suu))22 鏡鏡 佶佶–– Morrow (USA, 1960-an)Morrow (USA, 1960-an) : : 鐗鐗aa 鑈鑈 S See 佬佬 鐗鐗mm 鑈鑈 S Sff 鏡鏡 佶佶

•• Gambar 1.9Gambar 1.9

5353

•• Dalam pembahasan mengenai Dalam pembahasan mengenai 鐗鐗 mm , hal-hal , hal-hal berikut perlu dipertimbangkan:berikut perlu dipertimbangkan:–– Metoda Soderberg, sangat konservatif dan jarang Metoda Soderberg, sangat konservatif dan jarang

digunakandigunakan–– Data test aktual cendrung terletak diantara kurve Data test aktual cendrung terletak diantara kurve

Goodman dan GerberGoodman dan Gerber–– Untuk baja keras, Yang tegangan patahnya Untuk baja keras, Yang tegangan patahnya

mendekati tegangan sebenanya (true stress), mendekati tegangan sebenanya (true stress), maka garis Morrow maupun Goodman akan maka garis Morrow maupun Goodman akan persis sama. Sedangkan untuk material yang liat persis sama. Sedangkan untuk material yang liat (( 鐗鐗 ff > S > Suu) garis Morrow memperlihatkan kurang ) garis Morrow memperlihatkan kurang sensistif terhadap Tegangan rata-rata.sensistif terhadap Tegangan rata-rata.

–– Untuk kebanyakan situasi perancangan kelelahan, Untuk kebanyakan situasi perancangan kelelahan, R <1, terlihat ada sedikit perbedaan dalam teori.R <1, terlihat ada sedikit perbedaan dalam teori.

–– Pada wilayah dimana teori memperlihatkan Pada wilayah dimana teori memperlihatkan perbedaan yang mencolok (niali R mendekati 1), perbedaan yang mencolok (niali R mendekati 1), terdapat sangat sedikit data. Dalam wilayah ini, terdapat sangat sedikit data. Dalam wilayah ini, maka batas luluh bisa merupakan batas diasain. maka batas luluh bisa merupakan batas diasain.

5454

•• Untuk perhitungan disain dengan umur terbatas, Untuk perhitungan disain dengan umur terbatas, batas lelah dalam setiap persamaan dapat diganti batas lelah dalam setiap persamaan dapat diganti dengan dengan 鐗鐗 aa untuk R = -1 yang sesuai dengan umur untuk R = -1 yang sesuai dengan umur terbatas tersebut.terbatas tersebut.

•• Contoh soal:Contoh soal: Sebuah komponen yang menerima Sebuah komponen yang menerima pembebanan siklis dengan tegangan maksimum 100 pembebanan siklis dengan tegangan maksimum 100 ksi dan tegangan minimum 10 ksi. Komponen dibuat ksi dan tegangan minimum 10 ksi. Komponen dibuat dari bahan baja dengan tegangan patah Sdari bahan baja dengan tegangan patah Suu = 150 ksi, = 150 ksi, batas lelah Sbatas lelah See = 60 ksi dan amplitudo pada N = 60 ksi dan amplitudo pada NBB = 100 = 100 siklus dan R = -1 adalah Ssiklus dan R = -1 adalah S10001000 = 110 ksi. Dengan = 110 ksi. Dengan menggunakan persamaan Goodman, tentukanlah menggunakan persamaan Goodman, tentukanlah umur dari komponen.umur dari komponen.Penyelesaian: Tentukan Penyelesaian: Tentukan 鐗鐗aa dan dan 鐗鐗mm

鐗鐗a a = (= (鐗鐗makmak - - 鐗鐗minmin )/2 = (110 - 10)/2 = 50 ksi )/2 = (110 - 10)/2 = 50 ksi鐗鐗a a = (= (鐗鐗makmak + + 鐗鐗minmin )/2 = (110 + 10)/2 = 60 ksi )/2 = (110 + 10)/2 = 60 ksi

5555

Penggambaran diagram Haigh dengan umur konstan Penggambaran diagram Haigh dengan umur konstan untuk 10untuk 1066 dan 10 dan 1033 siklus. Garis ini dibuat dengan siklus. Garis ini dibuat dengan menghubungkan batas lelah Smenghubungkan batas lelah See dan S dan S10001000 pada pada sumbu vertikal dengan Ssumbu vertikal dengan Suu pada sumbu horizontal pada sumbu horizontal (sumbu (sumbu 鐗鐗 mm), gambar c1.1. Bila kondisi tegangan ), gambar c1.1. Bila kondisi tegangan yang diterima komponen dimasukan kedalam yang diterima komponen dimasukan kedalam diagram Haigh, maka titiknya akan jatuh diantara diagram Haigh, maka titiknya akan jatuh diantara garis 10garis 1066 dan 10 dan 1033. Ini artinya komponen mempunyai . Ini artinya komponen mempunyai umur diatara 1000 dan 1000000 siklus. Garis umur umur diatara 1000 dan 1000000 siklus. Garis umur konstan dari komponen dapat dibauat dengan konstan dari komponen dapat dibauat dengan menarik garis melalui titik Smenarik garis melalui titik Suu dan titik yang dan titik yang digambarkan oleh koordinat digambarkan oleh koordinat 鐗鐗 a a = 50 ksi dan = 50 ksi dan 鐗鐗mm= = 60ksi, dan garis ini akan memotong ordinat di titik 83 60ksi, dan garis ini akan memotong ordinat di titik 83 ksi. Nilai ini dapat pula dihitung sebgai berikut:ksi. Nilai ini dapat pula dihitung sebgai berikut:

5656

((鐗鐗a a /S/Snn) + () + (鐗鐗a a /S/Suu) = 1) = 1(50/S(50/Snn) + (60/150)= 1) + (60/150)= 1SSn n = 83 ksi= 83 ksiNilai SNilai Snn = 83 ksi kemudian dimasukan didalam diagram = 83 ksi kemudian dimasukan didalam diagram S-N untuk menentukan umur komponen, yaitu NB = 2.4 S-N untuk menentukan umur komponen, yaitu NB = 2.4 x 10x 1044 siklus. siklus.

••Dari penelitian memperlihatkan bahwa tegangan rata-Dari penelitian memperlihatkan bahwa tegangan rata-rata tekan akan menaikan umur komponen, seperti rata tekan akan menaikan umur komponen, seperti terlihat pada gambar 1.10. Tapi hal ini sulit diterapkan terlihat pada gambar 1.10. Tapi hal ini sulit diterapkan pada komponen bertakik. Pada komponen bertakik pada komponen bertakik. Pada komponen bertakik tegangan rata-rata tekan dianggap tidak memberi tegangan rata-rata tekan dianggap tidak memberi pengaruh.pengaruh.••Dari pengujian torsi terhadap komponen tak bertakik Dari pengujian torsi terhadap komponen tak bertakik memperlihatkan bahwa tegangan rata-rata tidak memperlihatkan bahwa tegangan rata-rata tidak memberi pengaruh bila ditambahkan dengan amplitodo memberi pengaruh bila ditambahkan dengan amplitodo tegangan geser bolak-balik (alternating). Kecendrungan tegangan geser bolak-balik (alternating). Kecendrungan ini tidak terlihat pada komponen yang bertakik.ini tidak terlihat pada komponen yang bertakik.

5757

LOW CYCLES FATIGUELOW CYCLES FATIGUELOW CYCLES FATIGUE

5858

BAHASANBAHASAN •• UmumUmum•• Sifat MaterialSifat Material

–– Karakteristik Tegangan-Regangan MonotonikKarakteristik Tegangan-Regangan Monotonik–– Karakteristik Tegangan-Regangan SiklisKarakteristik Tegangan-Regangan Siklis–– Pengerasan dan Pelunakan SiklisPengerasan dan Pelunakan Siklis–– Menentukan Kurve Tegangan-Regangan Menentukan Kurve Tegangan-Regangan

SiklisSiklis•• Tegangan-Regangan PlastisTegangan-Regangan Plastis•• Kurve Regangan-UmurKurve Regangan-Umur•• Menentukan Karakteristik LelahMenentukan Karakteristik Lelah•• Pengaruh Tegangan Rata-RataPengaruh Tegangan Rata-Rata

5959

UMUMUMUM

嗗嗗FATIK PADA UMUR SEKITAR 10000 SIKLUSFATIK PADA UMUR SEKITAR 10000 SIKLUS嗗嗗DIGUNAKAN UNTUK MENDISAIN STRUKTUR DIGUNAKAN UNTUK MENDISAIN STRUKTUR

DENGAN UMUR YANG PENDEK SEPERTI MISSILE, DENGAN UMUR YANG PENDEK SEPERTI MISSILE, ATAU KONSTRUKSI YANG MENGALAMI ATAU KONSTRUKSI YANG MENGALAMI OVERLOAD YANG BESAROVERLOAD YANG BESAR

嗗嗗PATAH FATIK SELALU DIMULAI DARI PATAH FATIK SELALU DIMULAI DARI DISKONTINUITAS LOKAL SEPERTI TAKIK, RETAK DISKONTINUITAS LOKAL SEPERTI TAKIK, RETAK ATAU DAERAH-DAERAH DENGAN KONSENTRASI ATAU DAERAH-DAERAH DENGAN KONSENTRASI TEGANGAN YANG BESAR. TEGANGAN YANG BESAR.

嗗嗗MENURUT BAUSCHINGER (1910), BATAS ELASTIS MENURUT BAUSCHINGER (1910), BATAS ELASTIS DARI BESI DAN BAJA DAPAT DINAIK-TURUNKAN DARI BESI DAN BAJA DAPAT DINAIK-TURUNKAN DENGAN CARA MEVARIASI TEGANGAN SIKLIS. DENGAN CARA MEVARIASI TEGANGAN SIKLIS.

嗗嗗Landgraf mempresentasikan low cycle fatigue dalam Landgraf mempresentasikan low cycle fatigue dalam bentuk tegangan-regangan siklisbentuk tegangan-regangan siklis

6060

Diagram Tegangan-regangan HysteresisiDiagram Tegangan-regangan Hysteresisi

嗗嗗Slope AB adalah Slope AB adalah modulus elastis Emodulus elastis E

鏨鐗 = range tegangan

鏨鐉p = regangan plastis

鏨鐉e = regangan elastis

鏨鐉 = regangan total

= = 鏨鐉p + 鏨鐉e

Sikl 1Sikl 3

Sikl 5

Sikl 2

Sikl 4

鏨鐉p 鏨鐉e

鏨鐉

鏨鐗

A

B

Gambar 1

6161

TEGANGAN-REGANGAN SIKLISTEGANGAN-REGANGAN SIKLIS

嗗嗗 A = CYCLIC HARDENINGA = CYCLIC HARDENING

嗗嗗 B = CYCLIC SOFTENINGB = CYCLIC SOFTENING

嗗嗗 Fatigue ductility coef. Fatigue ductility coef. 鐉鐉’’ff adalah adalah regangan aktual pada saat patah ttk regangan aktual pada saat patah ttk A gmb. 1A gmb. 1

嗗嗗 Fatigue strength coef Fatigue strength coef 鐗鐗’’f f adalah adalah tegangan aktual pada saat patah ttk tegangan aktual pada saat patah ttk A gamb. 1A gamb. 1

嗗嗗 Fatigue ductility exponent c = slope Fatigue ductility exponent c = slope regangan plastis gmb 3regangan plastis gmb 3

嗗嗗 Fatigue strength exponent b = slope Fatigue strength exponent b = slope grs regangan elastis gmb 3 grs regangan elastis gmb 3

MONOTONIK

A

B

Gambar 2

6262

DIAGRAM DIAGRAM 鐉鐉 - N, SECARA - N, SECARA SKEMATISSKEMATIS

(鏨鐉p/2) = 鐉’f(2N)C(鏨鐉e/2) = 鐗’f/E (2N)b

(鏨鐉t/2)= 鐉’f(2N)C + 鐗’f/E (2N)b

2NB

2鐉a

2Nt

鐗’f/E

鐉’f

Gambar 3

6363

嗗嗗Amplitodo regangan total Amplitodo regangan total

(鏨鐉t/2)= (鏨鐉e/2) + + (鏨鐉p/2) = 鐉’f(2N)C + 鐗’f/E (2N)b

嗗Regangan plastis

(鏨鐉p/2) = 鐉’f(2N)C

嗗Regangan elastis

(鏨鐉e/2) = 鐗’f/E (2N)b

嗗Manson

鏨鐉 = (3.5Su)/EN0.12 + (鐉f/N)

6464

嗗Amplitudo tegangan 鐗a = 鏨鐗/2 = K’(鏨鐉p/2 )Dimana :

K’ adalah cyclic strength coef., n’ = cyclic strain hardening exponent

嗗Kemudian:–Amplitudo plastis

(鏨鐉p/2) = (鐗a/K’ )–Amplitudo elastis–(鏨鐉e/2) = (鐗a/E )

嗗K’ diperoleh dari 鐗’f/ (鐉’f) n’

6565

FAKTOR-FAKTOR KELELAHAN

FAKTOR-FAKTOR FAKTOR-FAKTOR KELELAHANKELELAHAN

6666

FAKTOR-FAKTOR PENGARUHFAKTOR-FAKTOR PENGARUH

–– DimensiDimensi–– Jenis bebanJenis beban–– Kekasaran permukaanKekasaran permukaan–– perlakuan panasperlakuan panas–– TemperaturTemperatur–– Lingkungan Lingkungan

6767

Pengaruh DimensiPengaruh Dimensi•• Kegagalan fatik dari material Kegagalan fatik dari material

tergantung dari interaksi antara tergantung dari interaksi antara tegangan yang tinggi dengan tegangan yang tinggi dengan daerah kritis. Fatik dikontrol oleh daerah kritis. Fatik dikontrol oleh bagian yang terlemah dari bagian yang terlemah dari material, dan bagian ini material, dan bagian ini bertambah seiring dengan bertambah seiring dengan pertambahan volume material.pertambahan volume material.

•• Pengaruh dimensi berkaitan Pengaruh dimensi berkaitan dengan lapisan tipis permukaan dengan lapisan tipis permukaan material yang menerima lebih material yang menerima lebih dari 95% tegangan permukaan dari 95% tegangan permukaan maksimum material.maksimum material.

+鐗

-鐗

Gambar 4

6868

•• Komponen yang besar akan mempunyai gradien Komponen yang besar akan mempunyai gradien tegangan yang lebih rendah, sehingga lebih banyak tegangan yang lebih rendah, sehingga lebih banyak volume material yang menerima pembebanan yang volume material yang menerima pembebanan yang besar, gbr. 4. Akibatnya kemungkinan terjadinya initiasi besar, gbr. 4. Akibatnya kemungkinan terjadinya initiasi retak fatik akan lebih besar. Konsep ini didukung oleh retak fatik akan lebih besar. Konsep ini didukung oleh hasil pengujian, yang menunjukan bahwa beban aksial hasil pengujian, yang menunjukan bahwa beban aksial tidak sensitif terhadap dimensi bial dibandingkan dengan tidak sensitif terhadap dimensi bial dibandingkan dengan beban lengkung maupun torsi, karena beban aksial tidak beban lengkung maupun torsi, karena beban aksial tidak menimbulkan gradien tegangan. menimbulkan gradien tegangan.

•• Ide tentang bagian volume yang menerima konsentrasi Ide tentang bagian volume yang menerima konsentrasi tegangan yang tinggi sangat penting didalam tegangan yang tinggi sangat penting didalam menganalisa gradien tegangan pada suatu takik. menganalisa gradien tegangan pada suatu takik.

6969

•• Faktor pengaruh dimensi empiris:Faktor pengaruh dimensi empiris:•• Cukr = 1,0 Cukr = 1,0 : bila d : bila d 鑇鑇 0,3 in 0,3 in 0,869d 0,869d-0,097-0,097 : bila 0,3 in : bila 0,3 in 鑇鑇 d d 鑇鑇 10 in 10 in atau atau•• Cukr = 1,0Cukr = 1,0 : bila d : bila d 鑇鑇 8 mm 8 mm 0,189d-0,097 0,189d-0,097 : bila 8 mm : bila 8 mm 鑇鑇 d d 鑇鑇 250 mm, 250 mm,

dimana d = diamaeter komponen dimana d = diamaeter komponen•• Hal-hal penting lainnya berkenaan dengan pengaruh Hal-hal penting lainnya berkenaan dengan pengaruh

dimensi:dimensi:–– Efek tersebut terlihat pada umur yang sangat panjangEfek tersebut terlihat pada umur yang sangat panjang–– Efek tersebut kecil sampai diameter 2,0 in, baik untuk Efek tersebut kecil sampai diameter 2,0 in, baik untuk

lengkung maupun torsilengkung maupun torsi–– Berkenaan dengan masalah-masalah pengerjaan pada Berkenaan dengan masalah-masalah pengerjaan pada

komponen yang besar, kemungkinan terjadinya tegangan komponen yang besar, kemungkinan terjadinya tegangan sisa dan berbagai variabel metalurgi lainnya lebih besar sisa dan berbagai variabel metalurgi lainnya lebih besar ketimbang efek dimensi.ketimbang efek dimensi.

7070

•• PENGARUH BEBANPENGARUH BEBAN–– Rasio batas lelah (tes lengkung dan torsi) Rasio batas lelah (tes lengkung dan torsi) 0,6 - 0,9 0,6 - 0,9SSee(axial) = 0,70 S(axial) = 0,70 See (lengkung) (lengkung)–– Rasio batas lelah (tes torsi dan lengkung Rasio batas lelah (tes torsi dan lengkung

rotasi) 0,5 - 0,6 atau 0,577 sesuai teori rotasi) 0,5 - 0,6 atau 0,577 sesuai teori kegagalan Von Mises.kegagalan Von Mises.

鐘鐘ee(torsi) = 0,577 S(torsi) = 0,577 See (lengkung) (lengkung)

7171

•• PENGERJAAN PERMUKAANPENGERJAAN PERMUKAAN

–– Goresan, bekas pengerjaan serta lubang-lubang kecil (pit) Goresan, bekas pengerjaan serta lubang-lubang kecil (pit) akan menambah konsentrasi tegangan pada bagian-bagian akan menambah konsentrasi tegangan pada bagian-bagian kritis. kritis.

–– Pengaruh pengerjaan permukaan pada material dengan Pengaruh pengerjaan permukaan pada material dengan butir yang halus dan merata (haigh strength steel)lebih kecil butir yang halus dan merata (haigh strength steel)lebih kecil dibandingkan dengan material yang mempunyai batas butir dibandingkan dengan material yang mempunyai batas butir kasar dan tidak merata seperti besi tuangkasar dan tidak merata seperti besi tuang

–– Beberapa hal penting berkenaan dengan pengaruh pengerjaan Beberapa hal penting berkenaan dengan pengaruh pengerjaan permukaan:permukaan:

•• Kondisi permukaan akan lebih penting bagi baja dengan Kondisi permukaan akan lebih penting bagi baja dengan kekuatan yang lebih tinggikekuatan yang lebih tinggi

•• Tegangan sisa permukaan akibat pengerjaan mungkin menjadi Tegangan sisa permukaan akibat pengerjaan mungkin menjadi sangat pentingsangat penting

•• Pada umur komponen yang pendek, dimana retak Pada umur komponen yang pendek, dimana retak mendominasi umur komponen, kondisi permukaan kurang mendominasi umur komponen, kondisi permukaan kurang berpengaruh terhadap umur lelah.berpengaruh terhadap umur lelah.

•• Ketidak teraturan permukaan lokal seperti bekas Ketidak teraturan permukaan lokal seperti bekas ““ stampingstamping ”” dapat berlaku sebagai pusat konsentrasi tegangan, jadi tidak dapat berlaku sebagai pusat konsentrasi tegangan, jadi tidak dapat dapat diabaikandiabaikan

7272

S-N Curve of automotive leaf spring materials at R = -1

200

400

600

800

10000 100000 1000000 10000000Load cycles (Nf)

Stre

ss a

mpl

itude

(MPa

)

A920T480

A920T480SP1

A920T480SP2

A920T480SP3

Log. (A920T480)

Log.(A920T480SP1)Log.(A920T480SP2)Log.(A920T480SP3)

7373

PERLAKUAN PANASPERLAKUAN PANAS–– Setiap perlakuan panas akan memberi pengaruh Setiap perlakuan panas akan memberi pengaruh

yang berarti terhadap umur lelah komponen, yang berarti terhadap umur lelah komponen, karena retak lelah biasanya selalu dimulai dari karena retak lelah biasanya selalu dimulai dari permukaan.permukaan.

–– Kekuatan lelah akibat perlakukan panas sangat Kekuatan lelah akibat perlakukan panas sangat dipengaruhi oleh tegangan sisa yang terjadi pada dipengaruhi oleh tegangan sisa yang terjadi pada permukaan bendea permukaan bendea

7474

PENGARUH TEMPERATURPENGARUH TEMPERATUR

嗗嗗 Temperatur menyebabkan Temperatur menyebabkan perubahan sifat-sifat mekanis perubahan sifat-sifat mekanis materialmaterial

嗗嗗 Bila ada mean stress, maka Bila ada mean stress, maka material kemungkinan akan material kemungkinan akan mengalami creepmengalami creep

嗗嗗 Temperatur tinggi menyebabkan Temperatur tinggi menyebabkan hilangnya batas lelahhilangnya batas lelah

嗗嗗 Temperatur tinggi memobilisasi Temperatur tinggi memobilisasi dislokasi dan menurunkan daya dislokasi dan menurunkan daya tahan fatik (fatigue resistance)tahan fatik (fatigue resistance)

PENGARUH TEMPERATUR TERHADAP BATAS LELAH (N = 107) BEBERAPA CARBON DAN ALLOY STEEL

ARCO IRON, AS ROLLED

2NiCrMo, dikeraskan dan temper

BS 420S37, dikeraskan, temper

BS070M26, normalizing

BS070M20, normalizing31/2 Ni, dikeraskan, temper

temperatur0 500200 400

Batas lelah MPa

0

200

400

600

7575

PENGARUH KOROSI (Lingkungan)PENGARUH KOROSI (Lingkungan)

嗗嗗Menurunkan kekuatan lelah, karena terjadi porositas/kekasaran Menurunkan kekuatan lelah, karena terjadi porositas/kekasaran dan lobang-lobang pada permukaan benda.dan lobang-lobang pada permukaan benda.

嗗嗗Bahaya paling besar karena disebabkan oleh terjadinya Bahaya paling besar karena disebabkan oleh terjadinya tegangan dan korosif secara bersamaantegangan dan korosif secara bersamaan

嗗嗗Jadi bila beban siklis bekerja pada lingkungan korosif, maka Jadi bila beban siklis bekerja pada lingkungan korosif, maka struktur pasti akan gagalstruktur pasti akan gagal

嗗嗗Pada lingkungan korosif, frekuensi beban menjadi faktor Pada lingkungan korosif, frekuensi beban menjadi faktor penting dalam penurunan umur komponen. Makin pelan penting dalam penurunan umur komponen. Makin pelan frekuensi dan makin tinggi temperatur, maka rambat retak frekuensi dan makin tinggi temperatur, maka rambat retak menjadi lebih cepat dan umur konstgruksi menjadi lebih menjadi lebih cepat dan umur konstgruksi menjadi lebih pendek, pada stress level yang sama pendek, pada stress level yang sama

7676

ANALISA UMUR LELAH(FATIGUE LIFE PREDICTION)

ANALISA UMUR LELAHANALISA UMUR LELAH((FATIGUE LIFE PREDICTIONFATIGUE LIFE PREDICTION))

7777

BAHASANBAHASAN嗗嗗 PENDAHULUANPENDAHULUAN

嗗嗗 UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTANUMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTAN–– METODA WOEHLERMETODA WOEHLER

–– METODA PALMGRENMETODA PALMGREN

–– METODA MANSON-COFFINMETODA MANSON-COFFIN

嗗嗗 ANALISA UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO ANALISA UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO BERVARIASI (ACAK)BERVARIASI (ACAK)–– PENGUKURAN BEBAN LAPANGANPENGUKURAN BEBAN LAPANGAN

–– PEMBUATAN BEBAN KOLEKTIFPEMBUATAN BEBAN KOLEKTIF

–– PENETUAN RASIO SIKLUS BEBAN DENGAN JARAK TEMPUH/ JAM PENETUAN RASIO SIKLUS BEBAN DENGAN JARAK TEMPUH/ JAM OPERASIOPERASI

–– TABEL URUTAN AMPLITUDOTABEL URUTAN AMPLITUDO

嗗嗗 PERHITUNGAN UMUR OPERASIPERHITUNGAN UMUR OPERASI–– METODA MINERMETODA MINER

–– MODIFIKASI MINERMODIFIKASI MINER

7878

PENDAHULUANPENDAHULUAN嗗嗗 BEBAN SIKLIS MENYEBABKAN KELELAHAN PADA KONSTRUKSIBEBAN SIKLIS MENYEBABKAN KELELAHAN PADA KONSTRUKSI

嗗嗗 BERBEDA DENGAN BEBAN AMPLITUDO KONSTAN, MAKA BEBAN BERBEDA DENGAN BEBAN AMPLITUDO KONSTAN, MAKA BEBAN OPERASI/LAPANGAN SENANTIASA MEMPUNYAI AMPLITUDO OPERASI/LAPANGAN SENANTIASA MEMPUNYAI AMPLITUDO BERVARIASI DAN SERING SANGAT KOMPLEKBERVARIASI DAN SERING SANGAT KOMPLEK

嗗嗗 MASALAH UMUR OPERASI AKAN SELALU MENJADI PERHATIAN MASALAH UMUR OPERASI AKAN SELALU MENJADI PERHATIAN PARA INSINYUR/ PEREKAYASA YANG MERANCANG KONSTRUKSI PARA INSINYUR/ PEREKAYASA YANG MERANCANG KONSTRUKSI YANG MENERIMA PEMBEBANAN SIKLISYANG MENERIMA PEMBEBANAN SIKLIS

嗗嗗 UMUR OPERASI DAPAT DIANALISA SECARA:UMUR OPERASI DAPAT DIANALISA SECARA:

–– ANALITISANALITIS嗗嗗BEBAN AMPLITUDO KONSTANBEBAN AMPLITUDO KONSTAN

嗗嗗BEBAN AMPLITODO BERVARIASI (ACAK)BEBAN AMPLITODO BERVARIASI (ACAK)

–– EXPERIMENTALEXPERIMENTAL嗗嗗BEBAN AMPLITUDO KONSTANBEBAN AMPLITUDO KONSTAN

嗗嗗BEBAN AMPLITODO BERVARIASI (ACAK)BEBAN AMPLITODO BERVARIASI (ACAK)

7979

UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTANAMPLITUDO KONSTAN

嗗嗗METODA WOEHLER (1870)METODA WOEHLER (1870)

嗗嗗METODA PALMGREN (1924)METODA PALMGREN (1924)

嗗嗗METODA MANSON-COFFIN (1955)METODA MANSON-COFFIN (1955)

嗗嗗METODA BASQUIN METODA BASQUIN

嗗嗗METODA MORROW (MANSON-COFFIN-METODA MORROW (MANSON-COFFIN-BASQUIN)-(1960)BASQUIN)-(1960)

8080

UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTANUMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTAN METODA PALMGRENMETODA PALMGREN

•• PADA TAHUAN 1924 PALMGREN MENGHITUNG PADA TAHUAN 1924 PALMGREN MENGHITUNG UMUR OPERASI BANTALAN GLINDING DENGAN UMUR OPERASI BANTALAN GLINDING DENGAN PERSAMAAN:PERSAMAAN:

•• L = 10L = 1066(C/P)(C/P)nn

•• DIMANA:DIMANA:–– n = 3 UNTUK BANTALAN PELURU DANn = 3 UNTUK BANTALAN PELURU DAN–– n = 10/3 UNTUK BANTALAN ROLn = 10/3 UNTUK BANTALAN ROL–– L = UMUR BANTALAN DALAM PUTARANL = UMUR BANTALAN DALAM PUTARAN–– C = GAYA DUKUNG DINAMIS (KN) UNTUK UMUR BANTALAN C = GAYA DUKUNG DINAMIS (KN) UNTUK UMUR BANTALAN

101066 PUTARAN DENGAN KEMUNGKINAN RUSAK 10% PUTARAN DENGAN KEMUNGKINAN RUSAK 10%–– P = BEBAN BANTALAN EQUIVALEN (KN)P = BEBAN BANTALAN EQUIVALEN (KN)

8181

UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTANUMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTAN METODA WOEHLERMETODA WOEHLER

嗗嗗DENGAN METODA WOEHLER UMUR KONSTRUKSI DENGAN METODA WOEHLER UMUR KONSTRUKSI DIHITUNG DENGAN PERSAMAAN:DIHITUNG DENGAN PERSAMAAN:

嗗嗗NNii = N = NDD((鐗鐗aiai/ / 鐗鐗DD ) ) -K-K

嗗嗗LOG佢鐗

佢鐗ai

佢鐗D

LOG NNi ND

K = 1/tg.鐅

鐅

8282

UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTANUMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTAN METODA MANSON-COFFIN-METODA MANSON-COFFIN-

BASQUINBASQUIN•• MANSON-COFFIN (MANSON-COFFIN (1955) MENGHITUNG UMUR KONSTRUKSI 1955) MENGHITUNG UMUR KONSTRUKSI

YANG MENGALAMI PERUBAHAN PLASTIS DENGAN YANG MENGALAMI PERUBAHAN PLASTIS DENGAN PERSAMAAN:PERSAMAAN:

•• ((鏨鐉鏨鐉pp/2) = /2) = 鐉鐉ff’’(2N)(2N)CC

•• BASQUINBASQUIN: MENGHITUNG UMUR KONSTRUKSI BERDASARKAN : MENGHITUNG UMUR KONSTRUKSI BERDASARKAN REGANGAN ELASTIS YANG DIALAMI KOMPONENREGANGAN ELASTIS YANG DIALAMI KOMPONEN

•• ((鏨鐉鏨鐉ee/2) = /2) = 鐗鐗ff’’/E (2N)/E (2N)bb

•• MORROW MORROW (MANSON-COFFIN-BASQUIN): MENGHITUNG UMUR (MANSON-COFFIN-BASQUIN): MENGHITUNG UMUR KONSTRUKSI BERDASARKAN REGANGAN TOTAL YANG KONSTRUKSI BERDASARKAN REGANGAN TOTAL YANG DIALAMI OLEH KONSTRUKSI DENGAN PERSAMAAN:DIALAMI OLEH KONSTRUKSI DENGAN PERSAMAAN:

•• ((鏨鐉鏨鐉tt/2) = /2) = ((鏨鐉鏨鐉pp/2) + /2) + ((鏨鐉鏨鐉ee/2) /2)

•• ((鏨鐉鏨鐉tt/2)= /2)= 鐉鐉ff’’(2N)(2N)C C ++ 鐗鐗ff’’/E (2N)/E (2N)bb

8383

UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTANUMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTAN METODA MANSON-COFFIN-METODA MANSON-COFFIN-

BASQUINBASQUIN嗗嗗DIAGRAM DIAGRAM 鐉鐉 - N, SECARA SKEMATIS - N, SECARA SKEMATIS

(鏨鐉p/2) = 鐉f’(2N)C(鏨鐉e/2) = 鐗f’/E (2N)b

(鏨鐉t/2)= 鐉f’(2N)C + 鐗f’/E (2N)b

2NB

2鐉a

2Nt

鐗f’/E

鐉f’

8484

ANALISA UMUR KONSTRUKSI PADA ANALISA UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO BERVARIASIBEBAN AMPLITUDO BERVARIASI––MATERI BAHASANMATERI BAHASAN

•• KONDISI ALAMIAH KERUSAKAN FATIK DAN KONDISI ALAMIAH KERUSAKAN FATIK DAN KAITANNYA DENGAN SEJARAH PEMBEBANANKAITANNYA DENGAN SEJARAH PEMBEBANAN

•• METODA KERUSAKAN KUMULATIF PADA METODA KERUSAKAN KUMULATIF PADA PERIODE AWAL LELAHPERIODE AWAL LELAH

•• METODA PENGHITUNGAN SIKLUS BEBAN METODA PENGHITUNGAN SIKLUS BEBAN (COUNTING METHOD) YANG DIGUNAKAN (COUNTING METHOD) YANG DIGUNAKAN UNTUK MENILAI KEJADIAN KERUSAKAN PADA UNTUK MENILAI KEJADIAN KERUSAKAN PADA BEBAN ACAKBEBAN ACAK

•• PERAMBATAN RETAK PADA BEBAN PERAMBATAN RETAK PADA BEBAN AMPLITUDO BERVARIASIAMPLITUDO BERVARIASI

•• METODA UNTUK PENGANALISAAN FATIK METODA UNTUK PENGANALISAAN FATIK KARENA BEBAN LAPANGANKARENA BEBAN LAPANGAN

8585

DEFINISI KERUSAKAN FATIKDEFINISI KERUSAKAN FATIK

•• MEKANISME KERUSAKAN KUMULATIFMEKANISME KERUSAKAN KUMULATIF PADA PADA PERIODE AWAL RETAK BERBEDA DENGAN PERIODE AWAL RETAK BERBEDA DENGAN PERIODE RETAK BERKEMBANGPERIODE RETAK BERKEMBANG

•• PADA PADA PERIODE RETAK BERKEMBANGPERIODE RETAK BERKEMBANG,,–– Kerusakan Berkorelasi Langsung Dengan Panjang RetakKerusakan Berkorelasi Langsung Dengan Panjang Retak–– Metoda Anlisa Telah Berkembang, Urutan Beban Dikorelasikan Metoda Anlisa Telah Berkembang, Urutan Beban Dikorelasikan

Dengan Perpanjangan RetakDengan Perpanjangan Retak–– Kerusakan Dapat Dihubungkan Dengan Penomena Yang Kerusakan Dapat Dihubungkan Dengan Penomena Yang

Terukur Dan TerpantauTerukur Dan Terpantau–– Dalam Industri Penerbangan, Inspeksi Interval Menjadi Satu Dalam Industri Penerbangan, Inspeksi Interval Menjadi Satu

Kesatuan Prosedur Dengan Desain Kesatuan Prosedur Dengan Desain ““Damage ToleranceDamage Tolerance””

8686

ηηPADA PADA PERIODE RETAK AWALPERIODE RETAK AWAL–– Mekanismenya Lebih Rumit, Dan Terjadi Pada Level Mekanismenya Lebih Rumit, Dan Terjadi Pada Level

““microscopicmicroscopic””–– Dihubungksan dengan dislokasi, pita slip, retak mikro, Dihubungksan dengan dislokasi, pita slip, retak mikro,

dll, dan ini hanya bisa diamati dialboratorium dengan dll, dan ini hanya bisa diamati dialboratorium dengan peralatan yang baik.peralatan yang baik.

–– Oleh karenya, metoda analisa kerusakan kumulatif Oleh karenya, metoda analisa kerusakan kumulatif bersifat empiris.bersifat empiris.

–– Pengujian dilakukan terhadap benda uji standar yang Pengujian dilakukan terhadap benda uji standar yang kecilkecil

–– Umur lelah didefinisikan sebgai terputusnya benda uji Umur lelah didefinisikan sebgai terputusnya benda uji pada pengujian kelelahan.pada pengujian kelelahan.

8787

METODA AKUMULASI KERUSAKAN METODA AKUMULASI KERUSAKAN PADA PERIODE AWAL RETAKPADA PERIODE AWAL RETAK

嗗嗗METODA AKUMULASI KEUSAKAN LINIERMETODA AKUMULASI KEUSAKAN LINIER–– DIPERKENALKAN PERTMA KALI OLEH DIPERKENALKAN PERTMA KALI OLEH PALMGRENPALMGREN (1924) (1924)

UNTUK MENGHITUNG UMUR OPERASI BANTALAN UNTUK MENGHITUNG UMUR OPERASI BANTALAN GLINDINGGLINDING

–– KEMUDIAN PADA TAHUN 1945KEMUDIAN PADA TAHUN 1945 MINER MINER MENGEMBANGKAN MENGEMBANGKAN DAN MEMPOPULERKAN SUATU METODA PERHITUNGAN DAN MEMPOPULERKAN SUATU METODA PERHITUNGAN UMUR KONSTRUKSI BERDASARKAN KONSEP UMUR KONSTRUKSI BERDASARKAN KONSEP ““KERUSAKAN KUMULATIF LINIERKERUSAKAN KUMULATIF LINIER””

–– DASAR METODA MINER:DASAR METODA MINER:•• BEBAN KOLEKTIFBEBAN KOLEKTIF•• DIAGRAM S-N ATAU HAIGHDIAGRAM S-N ATAU HAIGH•• PERSAMAAN MATEMATIS YANG MENGGAMBARKAN PERSAMAAN MATEMATIS YANG MENGGAMBARKAN

KERUSAKAN LELAH KUMULATIFKERUSAKAN LELAH KUMULATIF

8888

TERMINOLOGI DAN KONSEP:TERMINOLOGI DAN KONSEP:

ηηTERMINOLOGITERMINOLOGI–– n/N = PERBANDINGAN SIKLUSn/N = PERBANDINGAN SIKLUS–– DIMANA: n = JUMLAH SIKLUS PADA LEVEL TEGANGAN SDIMANA: n = JUMLAH SIKLUS PADA LEVEL TEGANGAN S–– N = UMUR LELAH PADA LEVEL TEGANGAN SN = UMUR LELAH PADA LEVEL TEGANGAN S–– FRAKSI KERUSAKAN Di = ni/NiFRAKSI KERUSAKAN Di = ni/Ni–– ANGKA KERUSAKAN D = ANGKA KERUSAKAN D = 鏷鏷Di = Di = 鏷鏷ni/Nini/Ni–– KERUSAKAN TERJADI BILA D KERUSAKAN TERJADI BILA D 鑗鑗1 1

•• KONSEP AKUMULASI KERUSAKAN LINIERKONSEP AKUMULASI KERUSAKAN LINIER::–– FRAKSI KERUSAKAN Di YANG DIAKIBATKAN OLEH FRAKSI KERUSAKAN Di YANG DIAKIBATKAN OLEH

TEGANGAN Si ADALAH SAMA DENGAN RASIO SIKLUS: ni/NiTEGANGAN Si ADALAH SAMA DENGAN RASIO SIKLUS: ni/Ni–– CONTOH: D UNTUK 1 SIKLUS BEBAN = 1/N, DENGAN KATA CONTOH: D UNTUK 1 SIKLUS BEBAN = 1/N, DENGAN KATA

LAIN 1 SIKLUS BEBAN YANG BEKERJA PADA KONSTRUKSI LAIN 1 SIKLUS BEBAN YANG BEKERJA PADA KONSTRUKSI AKAN MENGAMBIL 1/N UMUR TOTAL KONSTRUKSI.AKAN MENGAMBIL 1/N UMUR TOTAL KONSTRUKSI.

8989

KONSEP MINERKONSEP MINER

KERUSAKAND Ni

niNn

Nn

Nn ....2

211

n1n2

n3

N1 N2 N3

鐗a

Log N

鐗a

H =Keseringan

BEBAN KOLEKTIF

DIAGRAM S-N

9090

KETERBATASAN KONSEP KETERBATASAN KONSEP AKUMULASI KERUSAKAN LINIERAKUMULASI KERUSAKAN LINIER

嗗嗗KONSEP AKUMULASI KERUSAKAN LINIER MEMPUNYAI KONSEP AKUMULASI KERUSAKAN LINIER MEMPUNYAI BEBERAPA KEKURANGAN POKOK, YAITU:BEBERAPA KEKURANGAN POKOK, YAITU:–– EFEK URUTAN AMPLITUDO TIDAK DIPERHITUNGKAN DIDALAM EFEK URUTAN AMPLITUDO TIDAK DIPERHITUNGKAN DIDALAM

MENGHITUNG UMUR KONSTRUKSIMENGHITUNG UMUR KONSTRUKSI

–– TIDAK BERGANTUNG PADA BESAR KECILNYA APLITUDO. TIDAK BERGANTUNG PADA BESAR KECILNYA APLITUDO. DALAM HAL INI TINGKAT PERTAMBAHAN(DALAM HAL INI TINGKAT PERTAMBAHAN(RATERATE) AKUMULASI ) AKUMULASI KERUSAKAN TIDAK BERGANTUNG PADA LEVEL TEGANGANKERUSAKAN TIDAK BERGANTUNG PADA LEVEL TEGANGAN

–– AMPLITUDO DIBAWAH BATAS LELAH DIANGGAP TIDAK AMPLITUDO DIBAWAH BATAS LELAH DIANGGAP TIDAK MEMBERI KERUSAKANMEMBERI KERUSAKAN

9191

MODIFIKASI METODA MINERMODIFIKASI METODA MINER

嗗嗗JACOBYJACOBY

嗗嗗HAIBACHHAIBACH

嗗嗗CORTEN-DOLANCORTEN-DOLAN

嗗嗗ZENNER-LIUZENNER-LIU–– MODIFIKASI OLEH MODIFIKASI OLEH JACOBY JACOBY MERUPAKAN MODIFIKASI YANG MERUPAKAN MODIFIKASI YANG

PALING SEDERHANA. JACOBY MENGGANTI NILAI S = 1 DENGAN PALING SEDERHANA. JACOBY MENGGANTI NILAI S = 1 DENGAN NILAI C. DIMANA C DIPEROLEH SECARA EXPERIMENTAL DAN NILAI C. DIMANA C DIPEROLEH SECARA EXPERIMENTAL DAN DIPENGARUHI OLEH MATERIAL, JENIS PENGUJIAN DAN DIPENGARUHI OLEH MATERIAL, JENIS PENGUJIAN DAN URUTAN PEMBEBANAN. DENGAN MENGAMBIL C = 0,3, YACOBY URUTAN PEMBEBANAN. DENGAN MENGAMBIL C = 0,3, YACOBY MENDAPATKAN BAHWA SEKITAR 90% UMUR OPERASI MENDAPATKAN BAHWA SEKITAR 90% UMUR OPERASI MATERIAL ALUMINIUM TERLETAK PADA DAERAH MATERIAL ALUMINIUM TERLETAK PADA DAERAH

KONSERVATIF KONSERVATIF

9292

METODA HAIBACHMETODA HAIBACH嗗嗗 HAIBACH HAIBACH BERANGGAPAN BAHWA AMPLITUDO DIBAWAH BATAS LELAH BERANGGAPAN BAHWA AMPLITUDO DIBAWAH BATAS LELAH

JUGA MEMBERI KERUSAKAN PADA MATERIAL. OLEH KARENANYA JUGA MEMBERI KERUSAKAN PADA MATERIAL. OLEH KARENANYA HAIBACH MEMPERPANJANG KURVE DAERAH PATAH TERUS KEBAWAH HAIBACH MEMPERPANJANG KURVE DAERAH PATAH TERUS KEBAWAH MELEWATI GARIS BATAS LELAH SAMPAI MEMOTONG GARIS MELEWATI GARIS BATAS LELAH SAMPAI MEMOTONG GARIS 鐗鐗aa = 0 = 0 DENGAN KEMIRINGAN (2kDENGAN KEMIRINGAN (2kBB-1). -1).

KERUSAKANNini

Nn

Nn

NnD ....

22

11

鐗a

Log NH =Keseringan

BEBAN KOLEKTIF

DIAGRAM S-N鐗a

k = 鑞, MINER ASLI

kB= kemiringan komponen

I II (haibach)

I: k = kB

II: k = 2kB-1

MINER-ELEMENTER

9393

METODA CORTEN-DOLANMETODA CORTEN-DOLAN

嗗嗗 PERHITUNGAN UMUR KONSTRUKSI MERNURUT CORTEN-DOLAN PERHITUNGAN UMUR KONSTRUKSI MERNURUT CORTEN-DOLAN JUGA BERDASARKAN METODA MINER.JUGA BERDASARKAN METODA MINER.

嗗嗗 PERBEDAANNYA HANYA TERLETAK PADA DIAGRAM S-N YANG PERBEDAANNYA HANYA TERLETAK PADA DIAGRAM S-N YANG DIGUNAKAN UNTUK MENGHITUNG FRAKSI KERUSAKAN,DALAM DIGUNAKAN UNTUK MENGHITUNG FRAKSI KERUSAKAN,DALAM HAL INI SEMUA APLITUDO BEBAN DIBAWAH BATAS LELAH JUGA HAL INI SEMUA APLITUDO BEBAN DIBAWAH BATAS LELAH JUGA MEMBERI KERUSAKAN PADA KONSTRUKSI.MEMBERI KERUSAKAN PADA KONSTRUKSI.

嗗嗗 UMUR OPERASI DARI KONSTRUKSI DIHITUNG BERDASARKAN UMUR OPERASI DARI KONSTRUKSI DIHITUNG BERDASARKAN PERSAMAAN: PERSAMAAN:

d

aaij

ii

NN

11

1DIMANA:

•N = SIKLUS PATAH

•N1=SIKLUS PATAH PADA LEVEL TEGANGAN TERBESAR 鐗1

•鐅i = RASIO RELATIF SIKLUS TEGANGAN DENGAN AMPLITUDO RELATIF 鐗ai , TERHADAP BEBAN KOLEKTIF

•i = (1…j) JUMLAH DARI LEVEL TEGANGAN

•1/d = KEMIRINGAN DARI DIAGRAM S-N YANG FIKTIF

9494

DIAGRAM S-N MENURUT DIAGRAM S-N MENURUT CORTEN-DOLANCORTEN-DOLAN

LOG 鐗a

(鐗a )1(鐗a )i

N1 Ni

d1d2

DIAGRAM S-N YANG SEBENARNYADIAGRAM S-N CORTEN-DOLAN

LOG N

(|d2| >|d1|)

k = KEMIRINGAN KURVE S-N d = (0,7 - 1,0) k, UNTUK BAJA DENGAN

鐗y/鐗D = 1,2 - 1,5d = (1 - 1,6) k, UNTUK ALUMINIUM

DENGAN 鐗y/鐗D = 2 - 3

9595

METODA ZENNER-LIUMETODA ZENNER-LIU

嗗嗗 KONSEP ZENNER-LIU DIPERLIHATKAN PADA GAMBAR BERIKUTKONSEP ZENNER-LIU DIPERLIHATKAN PADA GAMBAR BERIKUT

HO ND

KESERINGAN H, SERTA SIKLUS PATAH log (N)

LOG 鐗a

(鐗a)1

鐗D

(鐗D)* =

鐗D/2

BEBAN KOLEKTIV

kB

k* = (kB+m)/2

m

KURVE S-N PERAMBATAN RETAK

KOMPONEN ASLI

ZENNER-LIU

METODA PERHITUNGAN SAMA DENGAN MINER

KURVE S-N DIPUTAR KEARAH KURVE RAMBATAN RETAK DENGAN KEMIRINGAN k* DAN DIMULAI DARI (鐗a)1

BATAS LELAH PADA ZENNER- LIUADALAH (鐗D)* = 鐗D/2

KERUSAKANNini

Nn

Nn

NnD ....

22

11

9696

CYCLE COUNTINGCYCLE COUNTING

嗗嗗LEVEL CROSSINGLEVEL CROSSING

嗗嗗PEAKPEAK

嗗嗗SIMPLE RANGESIMPLE RANGE

嗗嗗MARKOFF MATRIKMARKOFF MATRIK

嗗嗗RAINFLOWRAINFLOW

9797

ANALISA KERUSAKAN (DAMAGE ANALYSIS)

ANALISA KERUSAKANANALISA KERUSAKAN (DAMAGE ANALYSIS)(DAMAGE ANALYSIS)

9898

METALOGRAFIMETALOGRAFI––Pengetahuan metalografi adalah pemeriksaan struktur logam Pengetahuan metalografi adalah pemeriksaan struktur logam

dengan menggunakan mikroskop optic (ASTM E3-80)dengan menggunakan mikroskop optic (ASTM E3-80)––Manfaat Metalografi:Manfaat Metalografi:

嗗嗗Pemeriksaan rutin untuk analisa kerusakan:Pemeriksaan rutin untuk analisa kerusakan:––Spesimen potongan melintang atau tegak lurus terhadap sumbu utama Spesimen potongan melintang atau tegak lurus terhadap sumbu utama

komponen, dapat memberikan informasi:komponen, dapat memberikan informasi:vv Vriasi struktur dari inti sampai kepermukaanVriasi struktur dari inti sampai kepermukaanvv Distribusi impuritas (pengotoran) non logam diseluruh permukaan Distribusi impuritas (pengotoran) non logam diseluruh permukaan vv Kedalaman cacat permukaanKedalaman cacat permukaanvv Kedalaman korosiKedalaman korosivv Ketebalan lapisan pelindungKetebalan lapisan pelindungvv Struktur lapisan pelindungStruktur lapisan pelindung

––Spesimen potongan memanjang sejajar dengan sumbu utama komponen, Spesimen potongan memanjang sejajar dengan sumbu utama komponen, dapat memberikan informasi:dapat memberikan informasi:

vv Tingkat deformasi didalam impuritasTingkat deformasi didalam impuritasvv Drajat deformasi plastis, seperti diperlihatkan oleh distorsi butiranDrajat deformasi plastis, seperti diperlihatkan oleh distorsi butiran

vv Ada tidaknya lapisan atau segregasi didalam strukturAda tidaknya lapisan atau segregasi didalam struktur

9999

–– Riwayat fabrikasi dan pemrosesanRiwayat fabrikasi dan pemrosesan嗗嗗 Perlakuan panas:Perlakuan panas:

–– Homoginitas fasa temperatur tinggiHomoginitas fasa temperatur tinggi–– Karbida yang tidak larutKarbida yang tidak larut–– Austenit sisaAustenit sisa–– Pembesaran ukuran butiranPembesaran ukuran butiran–– DekarburisasiDekarburisasi–– Kedalaman lapisan pengerasanKedalaman lapisan pengerasan–– Quench Quench –– crack (retak pencelupan dingin) crack (retak pencelupan dingin)

嗗嗗 Kondisi pengecoran:Kondisi pengecoran:–– Kecepatan pendinginanKecepatan pendinginan–– Evolusi gasEvolusi gas–– Reaksi dengan cetakanReaksi dengan cetakan–– Struktur butiranStruktur butiran–– PenyusutanPenyusutan–– Bentuk grafit didalam b esi corBentuk grafit didalam b esi cor

嗗嗗 Parameter pembentukan:Parameter pembentukan:–– Daerah temperature fabrikasiDaerah temperature fabrikasi–– Garis aliranGaris aliran–– Lipatan maupun arah (directionality)Lipatan maupun arah (directionality)

100100

嗗嗗Riwayat pengoperasianRiwayat pengoperasian––Perubahan struktur selama operasiPerubahan struktur selama operasi

vv OksidasiOksidasi

vv DekarburisasiDekarburisasi

vv DesingsifikasiDesingsifikasi

vv KorosiKorosi

vv PresipitasiPresipitasi

vv Pertumbuhan butirPertumbuhan butir

––Jenis pembebananJenis pembebanan

vv Beban berlebih statisBeban berlebih statis

vv Beban dinamisBeban dinamis

vv CreepCreep

vv Beban impakBeban impak

––Bentuk kerusakan Bentuk kerusakan

vv Patah ulet atau rapuhPatah ulet atau rapuh

vv Retak interkristalin atau transkristalinRetak interkristalin atau transkristalin

vv Awal retak atau patahan (retak berkembang)Awal retak atau patahan (retak berkembang)

vv Kontribusi pengaruh lingkungan misalnya korosiKontribusi pengaruh lingkungan misalnya korosi

101101

––Pemanfaatan Mikroskop optic dapat menggambarkan keadaan Pemanfaatan Mikroskop optic dapat menggambarkan keadaan struktur material logam mencakup:struktur material logam mencakup:

嗗嗗ButiranButiran : ukuran, bentuk serta keseragaman: ukuran, bentuk serta keseragaman

嗗嗗HomogenitasHomogenitas : segregasi (mikro / makro), ketidak seragaman : segregasi (mikro / makro), ketidak seragaman fasafasa

嗗嗗Senyawa mikroSenyawa mikro : identifikasi, morphologi, distribusi (presipitasi, film, : identifikasi, morphologi, distribusi (presipitasi, film, globul, disperse)globul, disperse)

嗗嗗InklusiInklusi : type, ukuran dan distribusi: type, ukuran dan distribusi

嗗嗗CacatCacat : porositas, retak atau jenis yang lain: porositas, retak atau jenis yang lain

嗗嗗Regangan Regangan : distorsi seragam atau perubahan plastis : distorsi seragam atau perubahan plastis secara localsecara local

102102

嗗嗗Dengan ilustrai diatas, metalografi didalam Dengan ilustrai diatas, metalografi didalam kaitannya untuk menentukan sumber kerusakan , kaitannya untuk menentukan sumber kerusakan , sering kali tidak hanya memperlihatkan mekanisme sering kali tidak hanya memperlihatkan mekanisme kerusakan, tetapi juga memberikan informasi kerusakan, tetapi juga memberikan informasi mengapa suatu material tidak mampu menahan mengapa suatu material tidak mampu menahan kerusakan tertentu. Karena ternyata setiap tahapan kerusakan tertentu. Karena ternyata setiap tahapan pabrikasi dan pengoperasian akan memberikan pabrikasi dan pengoperasian akan memberikan efek terhadap struktur mikro material.efek terhadap struktur mikro material.

103103

FRAKTOGRAFIFRAKTOGRAFI

嗗嗗Manfaat fraktografi sangat ditentukan dari pengetahuan yang Manfaat fraktografi sangat ditentukan dari pengetahuan yang diperoleh dalam mempelajari karakteristik suatu patahan.diperoleh dalam mempelajari karakteristik suatu patahan.

嗗嗗Keadaan TeganganKeadaan Tegangan–– Terdapat dua jenis patahan:Terdapat dua jenis patahan:

1.1. Bidang patahan yang tegak lurus terhadap tegangan tarikBidang patahan yang tegak lurus terhadap tegangan tarik–– Patah rapuhPatah rapuh–– Patah uletPatah ulet–– Patah lelahPatah lelah–– Korosi retak teganganKorosi retak tegangan

2.2. Bidang patahan menjalar sepanjang bidang tegangan geser maksimumBidang patahan menjalar sepanjang bidang tegangan geser maksimum–– Patah ulet (benda tipis atau dekat permukaan)Patah ulet (benda tipis atau dekat permukaan)–– Patah geserPatah geser–– Awal patah lelah (material murni atau relatif bebas pengotor)Patah lelah akibat Awal patah lelah (material murni atau relatif bebas pengotor)Patah lelah akibat

beban torsibeban torsi嗗嗗 Jenis dan arah tegangan pada material terlihat pada gambar 2.1Jenis dan arah tegangan pada material terlihat pada gambar 2.1

104104

嗗嗗Mekanisme Kerusakan/ PatahMekanisme Kerusakan/ Patah–– Awal retakAwal retak–– Pertumbuhan retakPertumbuhan retak–– Penjalaran retakPenjalaran retak

嗗嗗Awal retakAwal retak–– Cacat strukturalCacat struktural–– Cacat metalurgisCacat metalurgis–– Cacat operasionalCacat operasional–– Ciri-ciri retak awalCiri-ciri retak awal

嗗嗗Arah retak awal selalu berlawanan dengan cabang-cabang retakArah retak awal selalu berlawanan dengan cabang-cabang retak嗗嗗Jika retak saling bertemu dengan sudut 90Jika retak saling bertemu dengan sudut 90oo, maka tidak akan saling memotong, maka tidak akan saling memotong

嗗嗗Pertumbuhan retakPertumbuhan retak–– Retak awal yang berkembang menjadi retak teknis, yaitu retak yang telah Retak awal yang berkembang menjadi retak teknis, yaitu retak yang telah

dapat dilihat dengan mata telanjang dan ukurannya kira-kira 0,5 mmdapat dilihat dengan mata telanjang dan ukurannya kira-kira 0,5 mm–– Tergantung dari: faktor-faktor mekanis dan sifat metalurgis bahan, sifat Tergantung dari: faktor-faktor mekanis dan sifat metalurgis bahan, sifat

cacat awal, ukuran dan ketebalan benda, tingkat tegangan dan jenis bebancacat awal, ukuran dan ketebalan benda, tingkat tegangan dan jenis beban–– Pertumbuhan retak dan arahnya seringkali terlihat pada permukaan bendaPertumbuhan retak dan arahnya seringkali terlihat pada permukaan benda

105105

嗗嗗Jenis Patahan MekanisJenis Patahan Mekanis––Patah uletPatah ulet

––Patah getas/ rapuhPatah getas/ rapuh

106106

嗗嗗 Laporan Analisa KerusakanLaporan Analisa Kerusakan–– KriteriaKriteria

嗗嗗 Struktur / kerangka laporan analisa kerusakanStruktur / kerangka laporan analisa kerusakan–– Ringkasan / Tinjauan UmumRingkasan / Tinjauan Umum–– Latar Belakang informasi / ringkasan kejadian / Latar Belakang informasi / ringkasan kejadian /

kronologiskronologis–– Analisa KerusaskanAnalisa Kerusaskan–– KesimpulanKesimpulan–– Rekomendasi / Saran Rekomendasi / Saran

嗗嗗 Daftar PertanyaanDaftar Pertanyaan嗗嗗 Bentuk Laporan Analisa Kerusakan (ringkas)Bentuk Laporan Analisa Kerusakan (ringkas)

107107