m_205_a_t001_201454062_muhammad luthfi
DESCRIPTION
TugasTRANSCRIPT
MAKALAH
MEKANIKA KEKUATAN MATERIAL
Oleh :
Muhammad Luthfi
201454062
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MURIA KUDUS
TAHUN 2015/2016
i
PRAKATA
Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas Matakuliah Mekanika Kekuatan Material
pada Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muria Kudus. Makalah ini
dibuat dalam rangka memperdalam pengetahuan mengenai Mekanika Kekuatan Material.
Pembuatan makalah ini berdasar olah pikir penulis serta didukung dengan sumber
pustaka terkait. Rasa syukur dan terima kasih yang sebesar-besarnya penulis ucapkan kepada
Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis mamp menyelesaikan
penyusunan makalah ini dengan baik. Selain itu, penulis ingin menyampaikan terimakasih
kepada pihak-pihak yang telah berperan selama proses penyusunan makalah ini, yaitu :
1. Hera Setiawan ST, MTselaku Dosen Pembimbing mata kuliah Mekanika Kekuatan
Material,
2. Teman-teman penulis, dan
3. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam pembuatan makalah ini.
Akhir kata semoga makalah ini bisa bermanfaat bagi pembaca pada umumnya dan
penulis pada khususnya, penulis menyadari bahwa dalam pembuatan makalah ini masih jauh
dari sempurna, untuk itu penulis menerima saran dan kritik yang bersifat membangun demi
perbaikan kearah kesempurnaan. Akhir kata penulis sampaikan terimakasih.
PENULIS
DAFTAR ISI
i
HALAMAN JUDUL i
PRAKATA ii
DAFTAR ISI iii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah1
1.3 Tujuan Penulisan 1
1.4 Manfaat Penulisan1
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Pengertian 2
2.2 Konsep Tegangan-Regangan suatu Material 4
2.3 Hubungan antara Tegangan-Regangan 6
BAB III PENUTUPAN
3.1 Kesimpulan 11
3.2 Saran 11
DAFTAR PUSTAKA 12
i
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
MEKANIKA adalah cabang ilmu fisika yang mengkaji suatu benda pada kondisi diam atau
bergerak akibat adanya gangguan terhadap benda tersebut. Gangguan tersebut dapat berupa
gaya (force) dan/atau temperatur (thermal). Studi pada benda yang diam disebut statis
(statics) dan studi pada benda bergerak disebut dinamis (dynamics). Ilmu mekanika memiliki
dua cabang yaitu mekanika kekuatan material dan mekanika fluida, yang masing-masing
berhubungan dengan perilaku benda pejal dan dengan perilaku fluida.
Beberapa istilah asing yang memiliki arti sama dengan mekanika kekuatan material adalah
strength of materials, mechanics of solids, dan mechanics of deformable bodies.
Pada semua konstruksi Teknik bagian-bagian dari suatu elemen mesin/struktur harus
memiliki ukuran fisik tertentu. Bagian-bagian itu harus memiliki ukuran-ukuran yang tepat
sehingga dapat menahan beban yang sesungguhnya yang mungkin terjadi. Oleh karena itu
pemahaman yang lengkap mengenai mekanika kekuatan material sangat diperlukan untuk
keamanan dan
effisiensi desain
1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan yang akan dikaji pada makalah ini adalah berikut :
1. Apa pengertian Mekanika Kekuatan Material ?
2. Apa saja seluk-beluk Mekanka Kekuatan Material ?
1.3 Tujuan Penulisan
Sesuai dengan masalah yang telah ditetapkan, maka penulisan makalah ini bertujuan untuk :
1. Mengetahui arti Mekanika Kekuatan Material
2. Mengetahui segala sesuatu tentang Mekanika Kekuatan Material
1.4 Manfaat Penulisan
Hasil penulisan makalah ini diharapkan bermanfaat bagi para pembaca sebagai tambahan
pengetahuan mengenai Mekanika Kekuatan Material dan seluk beluknya
1
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian
Mekanika kekuatan material adalah ilmu yang membicarakan masalah kesetimbangan
gaya(mekanika) yang bekerja pada suatu struktur.Beban titik (terpusat) yaitu beban yang arah
kerjanya terpusat (bekerja) pada satu titik.Beban merata (q) yaitu bean luar yang bekerja
merata pada suatu panjang tertentu (tidak didukung oleh satu titik tetapi sepanjang muatan
tersebut).Adapun unsur pokok yang haus dipakai dalam suatu praktikum atau pengujian
adalahpengetahuan dan keterampilan sera peralatan standar. Meskipun didukung oleh
pengetahuan danketerampilan yang bagus namun tidak didukung oleh peralatan memadai
maka hal tersebut tidak akn mendapatkan hasil yang sesuai dan berhasil, begitu juga
sebaliknya.
Berbagai jenis bahan atau material yang kita temui sehari-hari memiliki sifat yang
berbeda-beda. Ditinjau dari aspek mekanis, material dapat dibedakan berdasarkan kekuatan,
kekerasan, keuletan, kemampuanya menghantarkan panas, penghantar listrik, sifat magnet,
sifat kimia dan lain sebagainya.
Salah satu sifat penting dari material yang sangat berfungsi sebagai ukuran desain
suatu benda adalah kekuatan. Ketika kita menarik kayu dan baja dengan ukuran yang sama,
tentu saja kayu akan lebih mudah dirusak daripada baja, atau dengan kata lain baja memiliki
kekuatan lebih tinggi dari kayu (pada kasus ini), nah apakah jika ukuranya berbeda, maka
hasilnya akan sama? Misalkan kayu dengan ukuran yang sangat besar ditarik dengan gaya
yang sama dengan kawat baja yang kecil, tentu saja yang akan putus terlebih dahulu adalah
kawat baja yang kecil tersebut, lalu pada kasus ini dapat dikatakan kayu lebih kuat dari baja.
lalu manakah yang lebih "kuat"?
Nah, dari uraian diatas, besar kecilnya gaya tarikan atau dorongan pada suatu material
tidak dapat menunjukkan besar kecilnya kekuatan material tersebut, oleh karena itu
didefinisikan tegangan, yaitu gaya setiap satu satuan luas, atau secara matematis dituliskan
sebagai berikut :
2
Tegangan memperlihatkan berapa banyak gaya yang "terkonsentrasi" pada suatu
penampang lintang tertentu. Semakin besar gaya yang diberikan, maka semakin besar pula
teganganya, semakin kecil luas permukaanya maka semakin besar teganganya. Tegangan
inilah yang digunakan sebagai parameter kekuatan bahan. Setiap material, memiliki nilai
tegangan dimana material tersebut akan rusak, yang mana nilai tersebut tidak tergantung oleh
bentuk dari benda tersebut. karena sifatnya yang tidak tergantung oleh bentuk benda tersebut,
maka kekuatan bahan yang didefinisikan menggunakan konsep tegangan ini sangat mudah
dan luas penggunaanya dalam bidang teknik.
Sebagai ilustrasi, misalkan sebuah kawat baja dengan diameter yang besar akan putus
ketika ditarik dengan gaya yang besar, sedangkan kawat baja dengan diameter yang kecil
akan putus lebih mudah dengan gaya yang lebih kecil. Fakta yang menarik adalah, ketika
gaya yang besar tersebut dibagi dengan luas permukaan penampang kawat berdiameter besar,
hasilnya akan sama dengan gaya yang kecil dibagi dengan luas penampang kawat
berdiameter kecil. dengan kata lain, tegangan ketika kedua kawat berbahan sama tersebut
rusak adalah sama.
Lain halnya ketika kita menarik dua kawat berdiameter sama namun dengan material
yang berbeda. misalkan kita menarik kawat baja dan tali karet yang masing-masing memiliki
bentuk yang sama. ketika kedua benda tersebut ditarik dengan gaya yang sama, tentu saja tali
karet akan putus terlebih dahulu. Dengan besarnya gaya dan bentuk yang sama, dapat dilihat
bahwa kedua benda mendapatkan tegangan yang sama, namun dengan tegangan yang sama
tersebut, karet lebih dulu rusak daripada baja, oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa benda
berbahan karet memiliki tegangan yang lebih kecil dari baja untuk rusak, atau baja lebih kuat
dari pada karet.
Definisi rusak (Failure) serta putus/patah (Fracture) itu sendiri tidaklah sama, failure
mengindikasikan gagalnya sistem bekerja, sedangkan fracture ditandai dengan satu benda
terpisah menjadi dua, kedua fenomena ini terjadi pada batas-batas tegangan tertentu. Oleh
karena itu, kekuatan itu sendiri pun tidak sesederhana didefinisikan pada uraian diatas, ada
kriteria-kriteria yang harus terpenuhi. Tetapi, uraian kekuatan bahan diatas cukup
memberikan gambaran ide dasar dari konsep tegangan.
Pembahasan mengenai kekuatan material ini sangatlah luas terkait hubunganya
dengan kerusakan material, hubungan tegangan terhadap perubahan bentuk material, serta
banyak lagi aplikasi dari konsep tegangan ini. Bahkan program-program komputer kini telah
3
berkembang dengan cepat untuk menghitung tegangan yang terjadi pada benda dengan
bentuk yang rumit sekalipun menggunakan Finite Element Analysis (FEA)
2.2 Konsep Tegangan-Regangan suatu Material
1. TEGANGAN (STRESS)
Secara umum tegangan teknik dirumuskan sebagai:
Keterangan:F = beban yang diberikan ( lb atau N )AO = luas penampang bahan sebelum dibebani ( in^2 atau m^2 )σ = psi, MPa.
Tegangan atau Stress adalah gaya reaksi atau gaya untuk mengembalikan ke bentuk
semula. Gaya ini mengembalikan benda ke bentuk semula persatuan luas terbagi rata
diseluruh permukaan.
Tegangan atau Stress dapat dikelompokkan menjadi:
1. Tegangan Normal
Tegangan normal merupakan tegangan pada bidang yang tegak lurus dengan arah gaya.
σ = bukan tegangan di suatu titik pada penampang A, tetapi tegangan rata-rata semua titik
pada penampang A. Pada umumnya tegangan di suatu titik tidak sama dengan tegangan rata-
rata. Tetapi dalam prakteknya, tegangan ini dianggap seragam, kecuali pada titik beban, atau
adanya konsentrasi tegangan.
2. Tegangan Tarik
Tegangan tarik adalah tegangan yang diakibatkan beban tarik atau beban yang
arah nya tegak lurus meninggalkan luasan permukaan. Tegangan Tekan Tegangan tekan
adalah tegangan yang diakibatkan beban tekan atau beban yang arahnya tegak lurus menuju
4
luasan permukaan Suatu benda yang statis, jika dipotong harus tetap statis dengan resultan
gaya = 0 (ΣF=0)
3. Tegangan Geser
Tegangan geser adalah tegangan yang diakibatkan oleh gaya yang arahnya sejajar
dengan luasan permukaan (gaya tangensial). A = luas penampang yang menahan beban P
Tegangan yang terjadi pada luasan A disebut tegangan geser, τ (tau) P τ rata = A Jika
permukaan geser hanya satu, maka disebut geseran tunggal. Jika permukaan geser dua, maka
disebut geseran ganda, sehingga tegangan geser Ps menjadi : τs=2A Bearing Stress in
Connections σb=PP=A td
2. REGANGAN (STRAIN)
Secara umum tegangan teknik dirumuskan sebagai:
Keterangan:
lo = panjang mula – mulali = panjang akhir Δl = pertambahan panjangε = %
Regangan atau strain adalah perubahan pada ukuran benda karena gaya
dalamkesetimbangan dibandingkan dengan ukuran semula. Strain juga dapat dikatakan
sebagai tingkat deformasi. Tingkat deformasi tersebut dapat memanjang, memendek,
membesar, mengecil dan sebagainya.
Pembebanan akan mengalami deformasi. Perbandingan antara deformasi dengan panjang
mula-mula disebut sebagai regangan. δ=satuan panjang L=satuan panjang ε= tanpa satuan
atau dapat ditulis: L−L ΔL ε=1=L L ε=regangan L=panjang mula-mula L1 = panjang
1. Regangan Geser
Regangan geser dilambangkan γ merupakan tangen θ.
2. Torsi
5
Torsi adalah variasi dari gaya geser murni. Bahan uji diberikan gaya puntir
yang akan menimbulkan gerak putar pada sumbu penggerak atau mesin bor
3. Deformasi Elastis
Besarnya bahan mengalami deformasi atau regangan bergantung kepada besarnya
tegangan. Pada sebagian besar metal, tegangan dan regangan adalah proporsional dengan
hubungan:
σ = E . ε
E = modulus elastistas atau modulus young ( Psi, MPa ).
4. Deformasi Plastis
Pada kebanyakan logam, deformasi elastis hanya terjadi sampai regangan 0.005. Jika
bahan berdeformasi melewati batas elastis, tegangan tidak lagiproporsional terhadap
regangan. Daerah ini disebut daerah plastis.
Pada daerah plastis, bahan tidak bisa kembali ke bentuk semula jika beban dilepaskan.
Pada tinjauan mikro deformasi plastis mengakibatkan putusnya ikatan atom dengan atom
tetangganya dan membentuk ikatan yang baru dengan atom yang lainnya. Jika beban di
lepaskan, atom ini tidak kembali keikatan awalnya.
2.3 HUBUNGAN ANTARA TEGANGAN-REGANGAN
1. Sifat-sifat benda elastik
ü Strain selalu sama untuk stress tertentu
ü Strain hilang sama sekali jika penyebab dihilangkan
ü Untuk membuat strain tetap maka stress juga dibuat tetap
6
2. Grafik tegangan-regangan
secara umum sifat mekanik dari logam dibagi menjadi:
a). Batas proposionalitas (Proportionality Limit)
Adalah daerah batas dimana tegangan dan regangan mempunyai hubungan
proporsionalitas satu dengan lainnya. Setiap penambahan tegangan akan diikuti dengan
penambahan regangan secara proporsional dalam hubungan linier :
s = E e
b). Batas elastis (Elastic limit)
Adalah daerah dimana bahan akan kembali kepada panjang semula bila tegangan luar
dihilangkan. Daerah proporsionalitas merupakan bagian dari batas elastik. Bila beban terus
diberikan tegangan maka batas elastis pada akhimya akan terlampaui sehingga bahan tidak
kembali seperti ukuran semula. Maka batas elastis merupakan titik dimana tegangan yang
diberikan akan menyebabkan terjadinya deformasi plastis untuk pertama kalinya.
Kebanyakan material tenik mempunyai batas elastis yang hampir berhimpitan dengan batas
proporsionalitasnya.
c). Titik Luluh (Yield Point) dan Kekuatan Luluh (Yield Strength)
Adalah batas dimana material akan terus mengalami deformasi tanpa adanya
penambahan beban. Tegangan (stress) yang mengakibatkan bahan menunjukkan mekanisme
luluh ini disebut tegangan luluh (yield stress).
Gejala luluh umumnya hanya ditunjukkan oleh logam-logam ulet dengan struktur
kristal BCC dan FCC yang membentuk interstitial solid solution dari atom-atom karbon,
boron, hidrogen dan oksigen. Interaksi antar dislokasi dan atom-atom tersebut menyebabkan
7
baja ulet seperti mild steel menunjukan titik luluh bawah (lower yield point) dan titik luluh
atas (upper yield point).
Untuk baja berkekuatan tinggi dan besi tuang yang getas pada umumnya tidak
memperlihatkan batas luluh yang jelas. Sehingga digunakan metode offset untuk
menentukan kekuatan luluh material. Dengan metode ini kekuatan luluh ditentukan sebagai
tegangan dimana bahan memperlihatkan batas penyimpangan/deviasi tertentu dari keadaan
proporsionalitas tegangan dan regangan.
Kekuatan luluh atau titik luluh merupakan suatu gambaran kemampuan bahan
menahan deformasi permanen bila digunakan dalam penggunaan struktural yang melibatkan
pembebanan mekanik seperti tarik, tekan, bending atau puntiran. Di sisi lain, batas
luluh ini harus dicapai ataupun dilewati bila bahan dipakai dalam proses manufaktur produk-
produk logam seperti proses rolling, drawing, stretching dan sebagainya. Dapat dikatakan
titik luluh adalah suatu tingkatan tegangan yang tidak boleh dilewati dalam penggunaan
struktural (in service) dan harus dilewati dalam proses manufaktur logam (forming process).
d). Kekuatan Tarik Maksimum (Ultimate Tensile Strength)
Adalah tegangan maksmum yang dapat ditanggung oleh material sebelum
tejadinya perpatahan (fracture). Nilai kekuatan tarik maksimum tarik ditentukan dari beban
maksimum dibagi luas penampang.
e). Kekuatan Putus (Breaking Strength)
Kekuatan putus ditentukan dengan membagi beban pada saat benda uji putus
(Fbreaking) dengan tuas penampang awal (A0). Untuk bahan yang bersifat ulet pada saat
beban maksimum M terlampaui dan bahan terus terdeformasi hingga titik putus B maka
terjadi mekanisme penciutan (necking) sebagai akibat adanya suatu deformasi yang
terlokalisasi.
Pada bahan ulet, kekuatan putus lebih kecil dari kekuatan maksimum, dan pada bahan getas
kekuatan putus sama dengan kekuatan maksimumnya.
f). Keuletan (Ductility)
Adalah sifat yang menggambarkan kemampuan logam menahan deformasi hingga
tejadinya perpatahan. Pengujian tarik memberikan dua metode pengukuran keuletan bahan
yaitu: Persentase perpanjangan (Elongation) :
e (%) = [(Lf-L0)/L0] x 100%
dimana : Lf = panjang akhir benda uji
8
L0 = panjang awal benda uji
Prsentase reduksi penampang (Area Reduction) :
R (%) = [(A1 – A0)/A0] x 100%
dimana : Af = luas penampang akhir
A0 = luas penampang awal
g). Modulus Elastisitas (Modulus Young)
Adalah ukuran kekakuan suatu material, semakin besar harga modulus ini maka
semakin kecil regangan elastis yang terjadi, atau semakin kaku.
h). Modulus Kelentingan (Modulus of Resilience)
Adalah kemampuan material untuk menyerap energi dari luar tanpa teiuadinya
kerusakan. Nilai modulus resilience (U) dapat diperoleh dari luas segitiga yang dibentuk
oleh area elastik diagram tegangan-regangan
Perumusannya : U = 0.5se atau U = 0.5se2/E
i). Modulus Ketangguhan (Modulus of Toughness)
Adalah kemampuan material dalam mengabsorb energi hingga terjadinva perpatahan.
Secara kuantitatif dapat ditentukan dari luas area keseluruhan di bawah kurva tegangan-
regangan hasil pengujian tarik.
3. Hukum Hooke
Pada tahun 1676, Robert Hooke mengusulkan suatu hukum fisika menyangkut
pertambahan sebuah benda elastik yang dikenal oleh suatu gaya.
Menurut Hooke, pertambahan panjang berbanding lurus dengan gaya yang diberikan
pada benda. Secara matematis, hukum Hooke ini dapat dituliskan sebagai.
F = k x
dengan
F = gaya yang dikerjakan (N)
x = pertambahan panjang (m)
k = konstanta gaya (N/m)
Perlu suatu diingat bahwa hukum Hooke hanya berlaku untuk daerah elastik, tidak
berlaku untuk daerah plastik maupun benda-benda plastik. Rumus tersebut dapat kita tulis:
9
Tegangan = kRegangan
k adalah modulus elastisitas atau koefisien elastisitas.. Dalam batas elastisitasnya
setiap deformasi berbanding lurus dengan gaya penyebabnya(hukum Hooke) dan
pertambahan panjang pegas berbanding lurus dengan gaya penyebabnya.
Berikut ini addalah beberapa nilai konstanta modulus elastisitas, modulus geser dan
Ratio Possion pada beberapa paduan logam.
10
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Jadi, setiap Material yang digunakan dalam setiap pengerjaan yang nberhubungan dengan
setiap mesin, mempunyai tegangan dan regangan yang berbeda bedad dari satu material
dengan material yang lain.
3.2 Saran
Sebagai penutup dari makalah ini, penulis memberikan saran untuk mengukur tegangan dan
regangan dalam suatu material sebelum digunakan dalam suatu pengolhahan dengan mesin
dan yang hal-hal terkait.
11
DAFTAR PUSTAKA
Sutarwan, Fajasr 2009. Mekanika kekuatan material.
(http://fajarsutarwan.blogspot.co.id/2009/10/mekanika-kekuatan-material.html, diakses 12
September 2015)
12