Bab 2 Ellyawan Arbintarso Mekanika Perpatahan I Bab 2 Ellyawan Arbintarso

Mekanika Perpatahan I Mekanika perpatahan dalam desain Perlu perhatian yang serius, karena dapat menimbulkan kerusakan yang luar biasa dan dapat menelan korban jiwa, walaupun tidak umum terjadi. Teknik desain dengan memperhitungkan mekanika perpatahan adalah suatu metode yang umum dalam keselamatan Industri yang kritis, seperti dalam pembangkit daya/listrik dan peralatan luar angkasa Ellyawan Arbintarso

Tegangan Rancang dan Faktor Keselamatan Struktur dirancang tanpa mekanika perpatahan menggunakan rumusan tegangan rancang (design stress) sbb: Faktor keselamatan dihitung lebih tinggi dari tegangan yang diperkirakan akan terjadi atau bervariasi tergantung jenis bahan Ellyawan Arbintarso

Faktor Keselamatan Struktur teknik, bagaimanapun juga, dapat mengandung retakan atau berkembang menjadi retakan selama penggunaan retakan tersebut dapat tumbuh /menjalar seiring dengan kelelahan atau pengaruh lingkungan Faktor keselamatan tidak diperhi-tungkan terhadap kehadiran retakan dimana dapat menurunkan kekuatan struktur dengan dratis Ellyawan Arbintarso

Efek dari retakan Penurunan kekuatan dari struktur teknik terhadap pertumbuhan retak dalam pembebanan Ellyawan Arbintarso

Tujuan dari Mekanika Perpatahan adalah untuk menjawab pertanyaan sbb: Bagaimana kekuatan dari suatu struktur bervariasi dengan ukuran retak? Bagaimana panjang retak dapat ditoleransikan pada beban perkiraan yang akan ditanggung? (ukuran retakan kritis) Berapa lama retak akan tumbuh/ menjalar untuk menuju ukuran retakan kritis? Ellyawan Arbintarso

Tujuan dari Mekanika Perpatahan adalah untuk menjawab pertanyaan sbb: Pada tingkatan berapa cacat awal (pre-existing flaws) dapat ditoleransi untuk permulaan pembebanan? Berapa sering suatu struktur harus diperiksa untuk mencegah kerusakan? Ellyawan Arbintarso

Bagaimana Suatu Benda Dapat Patah? Terdapat banyak mekanisme perpatahan yaitu: Pembelahan lewatbutir (transgranular cleavage) Pembelahan antarbutir (intergranular cleavage) Pengabungan keuletan rongga mikro (ductile microvoid coalesence) Mulur (creep) Kelelahan/fatik (fatigue) Ellyawan Arbintarso

Bagaimana Suatu Benda Dapat Patah? Peretakan dipengaruhi lingkungan (environ-mentally assisted cracking) Berkembangnya jaringan keretakan yang lembut (Crazing) Kehilangan lapisan (Delamination) Benang pembentuk tercabut keluar (fibre pull-out) Fase peretakan getas (brittle phase cracking) Peretakan antarmuka (interface cracking) Pertumbuhan rongga inti (void nucleation) Ellyawan Arbintarso

Ketangguhan dapat dipengaruhi dengan adanya perubahan pada mekanisme perpatahan dan mekanisme perpatahan dapat berubah setiap saat Ellyawan Arbintarso

Takikan dan Konsentrasi Tegangan Takikan bertindak sebagai konsentrasi tegangan Takikan yang lancip dan dalam mungkin akan menyebabkan: Penurunan kekuatan pada bahan yang getas Peningkatan kekuatan pada bahan yang ulet Pengaruh tersebut terjadi dikarenakan: - Konsentrasi tegangan - Pembatasan/pemaksaan (constraint) Ellyawan Arbintarso

Elips Inglis Konsentrasi tegangan dapat diper-hitungkan menggunakan elips Inglis max = tegangan maksimum s = tegangan yang digunakan Ellyawan Arbintarso

Faktor Konsentrasi Tegangan Faktor konsentrasi tegangan = k  = radius kurva   Ellyawan Arbintarso

Pelemahan Akibat Takikan pada Bahan Getas Bahan getas adalah sensitif terhadap takikan Efek dari faktor konsentrasi tegangan pada penggunaan tegangan patah dari bahan sensitif terhadap takikan Ellyawan Arbintarso

Penguatan Akibat Takikan pada Bahan Ulet Bahan ulet adalah tidak terlalu sensitif terhadap takikan dan dimungkinkan terjadi penguatan karena takikan. Tegangan luluh tarik dari bahan ulet kemungkinan akan meningkat dengan adanya sebuah takikan yang berhubungan dengan pembatasan (constraint) Ellyawan Arbintarso

Penguatan Akibat Takikan pada Bahan Ulet Pembatasan deformasi plastis bahan oleh bahan yang elastis Ellyawan Arbintarso

Penguatan Takikan (notch strengthening) dan Pembatasan (constraint) Tegangan tarik transversal (2 dan 3) berhubung dengan pembatasan dari zona plastik oleh daerah elastik meningkatkan tegangan tarik aksial (1) dibutuhkan untuk memberikan tegangan geser yang cukup untuk meluluhkan bahan. Ellyawan Arbintarso

Penguatan Takikan (notch strengthening) dan Pembatasan (constraint) t = tegangan geser kritis untuk peluluhan Ellyawan Arbintarso

Pengukuran Ketangguhan (toughness) Ada beberapa cara untuk mengukur ketangguhan Kinerja dari perpatahan (work of fracture) Sensitifitas takikan (notch sensivity) Keuletan dan kinerja pengerasan (ductility and work hardening) Ketangguhan Impak (impact toughness) Ketangguhan Perpatahan (fracture toughness) Sebagian cara sangat bermanfaat untuk desain teknik dibanding yang lain. Ellyawan Arbintarso

Kinerja Perpatahan Kinerja perpatahan adalah daerah dibawah kurva tegangan/regangan tarik untuk spesimen yang presisi Analisa serupa dapat digunakan untuk spesimen dengan takikan Ellyawan Arbintarso

Sensitifitas Takikan Bahan yang tangguh mengembangkan zona plastik yang luas sebelum terjadi kerusakan dan sensitifitas takikannya sedikit (kecil) < 1 sensitif terhadap takikan dan ketangguhan rendah > 1 tidak sensitif terhadap takikan dan ketangguhan tinggi Ellyawan Arbintarso

Keuletan dan Kinerja Pengerasan Dalam logam, kapasitas kinerja pengerasan yang tinggi selalu berhubungan dengan keuletan dan ketangguhan yang tinggi Pengerjaan dingin dapat menurunkan keuletan dan menurunkan ketangguhan Ellyawan Arbintarso

Keuletan dan Kinerja Pengerasan Pembelahan kristal tidak terjadi dalam kristal logam berbentuk FCC Ellyawan Arbintarso

Ketangguhan Impak Transisi dari ulet ke getas selalu diamati dalam penurunan temperatur Transisi perpatahan dari getas ke ulet pada baja karbon (terdapat perubahan mekanisme perpatahan) dan aluminium (tidak ada perubahan mekasnisme perpatahan) Energi besar = ulet Energi rendah = getas Energi potensial Impak = mgh Ellyawan Arbintarso

Faktor-faktor yang mempengaruhi ketangguhan meliputi: Temperatur dan laju regangan Geometri dari takikan Ukuran spesimen Mekanisme perpatahan Efek tersebut berhubungan dengan peningkatan tegangan luluh, pembatasan dan tegangan patah Standarisasi spesimen uji diperlukan untuk membandingkan ketangguhan dari bahan-bahan. Ellyawan Arbintarso

Definisi transisi Transisi ulet ke getas dapat didefinisikan dalam beberapa cara, seperti: Energi kritis perpatahan Penurunan 50% energi Deformasi pada spesimen uji Perpatahan yang tampak dipermukaan (FATT) Dari hal tersebut diatas akan memberikan temperatur transisi yang berbeda-beda Ellyawan Arbintarso

Definisi transisi Ellyawan Arbintarso

Keterbatasan Pengujian Impak Uji Impak biasanya digunakan untuk perkiraan dan kontrol kualitas dari bahan, bukan untuk teknik desain. Pembatasan pengujian tersebut meliputi: Ukuran spesimen terlalu kecil Ukuran spesimen terlalu tipis Sensitif terhadap laju regangan Sulit untuk menggunakan energi impak dalam desain Ellyawan Arbintarso

Ringkasan Perpatahan suatu benda tergantung dari: ü Ketangguhan bahan ü      Konsentrasi tegangan ü      Pembatasan Diperlukan suatu metode untuk memprediksi sifat-sifat keretakan pada komponen struktur. Thank you very much to Dr. Marrow Ellyawan Arbintarso