TUGAS PENDAHULUAN MODUL E

UJI FATIGUE

OLEH

KELOMPOK : 28

ANGGOTA KELOMPOK : 1. Astrid Parama N (13406026)

2. Bona Mangkirap (13406043)

3. Irma Sofiani (1340049)

4. Nadia Fadhilah Riza (13406069)

5. Prilla Sista LJ (13406080)

6. Ira Wulandari (13406094)

PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2007

BAB I

PENDAHULUAN

1. Latar Belakang

Kegagalan suatu material selama ini kebanyakan disebabkan oleh beban

dinamik. Pembebanan dinamik adalah suatu pembebanan dengan

melibatkan tegangan aksial (tarik-tekan), fleksural (bending) dan torsional

(puntiran) yang berfluktuasi. Meskipun tegangan yang diterima oleh material

lebih rendah dari harga tegangan luluhnya, kegagalan dapat saja terjadi

pada suatu saat. Kegagalan yang disebabkan oleh beban dinamik ini

disebut dengan fatigue failures.

Banyak komponen dan elemen mesin didesain dengan memberikan

perhatian yang besar terhadap beban yang dinamik. Contoh komponen

yang mengalami beban dinamik adalah jembatan, kompresor, Turbine

Blade, serta pompa. Dengan berjalannya waktu, serta periode pembebanan

yang berulang-ulang, setiap komponen itu akan dapat mengalami

kegagalan tanpa ada tanda yang jelas dan mudah diamati.

2. Tujuan Praktikum

1) Mengetahui perilaku material oleh beban dinamik

2) Mengetahui metode untuk menentukan kekuatan lelah serta batas

lelah suatu material

3) Memahami mekanisme dan bentuk patahan suatu material akibat

fatigue failure

BAB II

TEORI DASAR

Batas lelah merupakan batas tegangan suatu spesimen saat spesimen tersebut

masih dapat menerima tegangan bolak-balik yang tak hingga tanpa terjadi patah.

Batas lelah material dapat ditentukan dari pengujian lelah lentur putar (rotary

bending fatique test) terhadap beberapa specimen uji. Beban yang diberikan

pada masing-masing specimen uji dibuat berbeda-beda.

Bentuk penampang patahan akibat pembebanan dinamik dapat dicirikan oleh

adanya :

a. Retakan awal (crack inisiation)

b. Daerah rambatan retak (crack growth)

c. Daerah beban berlebih (overload area)

Pada konstruksi dan elemen mesin yang menerima beban dinamik, tegangan

yang terjadi di dalamnya akan berubah-ubah. Bila besarnya tegangan yang

berubah-ubah tersebut melampaui batas lelah material maka kostruksi atau

elemen mesin akan rusak pada kurun waktu tertentu.

Jenis beban dinamik sinusoidal ditunjukkan pada gambar berikut :

a. Beban tegangan bolak-balik (reversed stress)

b. Beban tegangan berulang (repeated stress)

c. Beban tegangan tidak beraturan (random stress)

Tiga factor utama penyebab kelelahan adalah

(1) tegangan maksimum bernilai tinggi,

(2) variasi tegangan,

(3) siklus tegangan yang besar.

Selain itu terdapat banyak variable lain seperti konsentrasi tegangan,

temperature, overload, struktur metalurgi, tegangan sisa, dan tegangan

kombinasi.

Fatigue limit atau batas lelah material basis besi dan bukan besi dapat diketahui

dari kurva S-N yaitu kurva tegangan (S) terhadap banyaknya siklus (N). Berikut

adalah kurva S-N :

Berdasarkan kurva S-N kita dapat memperoleh persamaan-persamaan sebagai

berikut:

Range of stress:

minmax r

Alternating stress:

22

minmax

r

a

Mean stress:

2

minmax

m

Stress Ratio

max

min

R

Amplitude ratio

A am

1 R

1 R

BAB III

DATA PERCOBAAN

Material : ST 37

Nama Mesin : Tarno Grochi

Dari data yang diberikan asisten, didapat :

No. σmax σmin σm σr σa R A

1 20 -100 -40 120 60 -5 -1.5

2 100 60 80 40 20 0.6 0.25

3 250 -100 75 350 175 -0.4 2.33

4 150 25 87.5 125 62.5 0.167 0.71

5 150 -50 50 200 100 -0.33 2

6 200 -125 37.5 325 162.5 -0.63 4.33

7 100 75 87.5 25 12.5 0.75 0.14

KURVA GOODMAN

Yield strength

Tensile Strength

-700

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500

Tensile strength (σu) : 370 MPa

Yield strength (σ y ) : 285 MPa

σ e = σ f = u2

1=185 Mpa

BAB IV

ANALISIS

Diagram Goodman :

Diagram Goodman untuk material St-37

σmax

σy

σu

σmin

Diagram Goodman dari data yang diberikan :

σmax = 20

σy

σu

σmin = -100

Data 1

σmax = 250

σy

σu

σmin = -100

Data 3

σmax = 100

σy

σu

σmin = 60

Data 2

σmax = 150

σy

σu

σmin = 25

Data 4

Dari kurva-kurva diatas dapat dilihat terdapat beberapa kondisi pembebanan berada

didalam batas aman sehingga material tidak mengalami kerusakan karena tegangan.

σmax = 200

σy

σu

σmin = -125

Data 6

σmax = 100

σy

σu

σmin = 75

Data 7

σmax = 150

σy

σu

σmin = -50

Data 5

Tugas Setelah Praktikum

1. Asisten akan membebankan data hasil uji lelah terhadap material, dengan

menggunakan data tersebut gambarkan kurva tegangan terhadap jumlah

siklus (kurva S – N)

Jawab:

Kurva tegangan terhadap jumlah siklus (kurva S-N)

2. Tentukan batas lelah dari soal no.1!

Jawab:

Batas Lelah (Fatigue Limit)

σ e = σ f = u2

1=185 Mpa

3. Dengan menggunakan buku standar material atau literature lainnya, ambil

harga kekuatan tarik (u ) dan batas luluh material (y) soal no. 1!

Jawab :

Kekuatan tarik (σu) dan batas luluh material (σy)

σu = 370 MPa

Number of cycle to failure

E

106

Stress

σy = 285 MPa

4. Buatlah analisa permukaan patahan dari spesimen yang saudara gunakan

dalam pengujian ini!

Jawab:

Analisis permukaan patahan spesimen

Dalam uji fatigue ini praktikan tidak melakukan pengujian secara

langsung, sehingga tidak dapat mengamati permukaan patahan

spesimen.

Tugas Tambahan

Jika pada permukaan material terdapat crack yang berarti fatigue life rendah,

bagaimana cara meningkatkan fatigue life pada suatu material?

Memperhalus permukaan dan mengurangi beban yang diberikan

BAB V

KESIMPULAN

Dengan melakukan pengujian fatigue dapat ditentukan batas lelah dari

suatu material, sehingga dapat diketahui berapa batas beban tertentu

dimana material tersebut tetap aman untuk digunakan.

Dari kurva Goodman suatu material tidak akan mengalami deformasi

plastis apabila suatu titik terdapat di dalam area beban yaitu area di

antara garis σ max, garis σ min dan titik σ y . Bila suatu titik terletak di luar

area tersebut maka material akan mengalami deformasi plastis atau

patah.

Fatigue limit ST 37 yang diperoleh dari hasil perhitungan diatas adalah

185 MPa. Fatigue limit atau endurance limit adalah setengah dari

kekuatan tarik (tensile strenght).