Metode Analisis Perilaku Kelelehan Material Baja Karbon Akibat Pengaruh Beban Lentur Putar (Rotating Bending Loads)(Harkali Setiyono)

p=,

METODE ANALISIS PERILAKU KELELAHANMATERIAL BAJA KARBON AKIBA T PENGARUH

BEBAN LENTUR PUTAR ( ROTATING BENDING LOADS)

Harkali SetiyonoOPT - Laboratorium Uji Konstruksi B P P Teknologi Kompleks PUSPIPTEK Serpong - Tangerang 15310

Telp. (021) 7560562 ext 1043, Fax. (021) 7560903, E-mail: harkali@luk.bpptgo.id

ABSTRAK

METODE ANALISIS PERILAKU KELELAHAN MATERIAL BAJA KARBON AKIBA T PENGARUH BEBAN

LENTUR PUT AR (ROTATING BENDING LOADS). Makalah ini menyajikan suatu metode analisis untuk mengevaluasiperilaku kelelahan material baja karbon yang dibebani lentur putar ( Rotating bending loads ). Metode analisis tersebut didasarkanpada penggunaan teori Neuber dan Paris, dimana pendekatan Neuber ditu-jukan untuk memprediksi siklus pembentukan awalretak sedang pendekatan Paris untuk mengevaluasi siklus dan perilaku perambatan retak lelahnya. Ketelitian hasil prediksiteoritis diverifikasi menggunakan sejumlah hasil pengujian kelelahan material b~a karbon berbentuk silindris yang bertakikan Vdengan beban uji lenturputar. Didalam pengujian, beban uji akan menyebabkan benda uji sepenuhnyamendukung tegangan kerjabolak-balik ( Completely re~versed stresses) dengan rasio tegangan pada takikan R = -I. Verifikasi metode analisis menunjukkanbahwa prediksi teoritis memiliki korelasi yang relatif mendekati hasil pengujian. Hal ini ditunjukkan dalam bentuk korelasi antaragrafik teoritis daD eksperimental perilaku umur Ielah ( SoN ), perambatan retak lelah (a-N) daD kecepatan perambatan retak lelah( daJdN-DK).

ABSTRACT

AN ANALYTICAL METHOD OF FA TIGUE BEHAVIOUR ON CARBON STEEL MATERIALS SUB-JECTED

TO ROTATING BENDING LOADS. This paper presents an analytical method for evaluating fatigue behaviour of carbon steelma-terials subjected to rotating bending loads. The analytical method is based on the application of Neuber's and Paris' theories,where the Neuber's approach is aimed at estimating initial crack formation lives while the Paris' one is used to evaluate cycles andbehaviour of the sub-sequent fatigue crack propagation. Results of the analytical method indicate estimated fatigue lives andfatigue crack propagation behaviour at various levels of rotating bending loads carried by the carbon steel material investigated.The accuracy of the analytical results is also verified using actual ones obtained from a number of fatigue tests on V-notchedcarbon steel round specimens under rotating bending loads. In the tests, the test loads caused the specimen to suffer completelyreversed stresses with a ratio of notch stresses R = -I. The verification of the analytical method used indicates that analytical

predictions correlate well to test results and this is presented in the forms of comparisons between theoretical and experimentalgraphs offatigue life ( SoN ), fatigue crack propagation ( a-N ) and fatigue crack propagation rate ( daJdN-DK ) behaviour.

Kata kunci: Baja karbon, Neuber, Paris, Lentur purer, Umur lelah, Perambatan retak, Kecepatan perambatan retak.

PENDAHULUAN

Latar Belakang Teori

Perilakukelelahansuatumaterialakandipengaruhioleh banyak faktor tetapi secara umum proses kelelahanmaterial mencakup tahapan-tahapan sebagai berikut :

. Pembentukan awal retak ( Crack initiation).Proses perambatan retak ( Crack propagation).Kerusakan tahap akhir ( Final fracture)Tahapan proses kelelahanmaterial secaraskematisdapatdilihatpada gambar I, dimanaumumnyaproseskelelahandiawali dari daerah kritis dipermukaan material sebagaiakibat konsentrasi tegangan seperti didaerah takikan,

lobang, perubahan penampang dB. Perambatan retaktahap I atau kadang-kadang dikenal dengan istilah slip-band growth sebenamya merupakan perpanjangan daTipembentukan awal retak kedalam bidang yangdipengaruhioleh tegangan geser. Padaperambatan retaktahap II, arab perambatanretak tegak turnsterhadap arabbeban kerja dimana daerah ini didominasioleh pengaruhtegangan tarik. Oiakhir proses perambatan retak tahapII, sisa penampang material sudah tidak mampu lagimendukung beban daDakhimya patah (Finalfraeture).Jadi siklus beban kerja dinamis yang diperlukan untukmelengkapi semua tahapan dalam proses kelelahanmaterial tersebut akan merupakan umur lelah (Fatiguelife) dari material akibat pengaruh beban kerja dinamis

1fte

Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan don Teknologi Bahan '99Serpong, 19 -20 Oktober 1999 ISSN 1411-2213

atau secara umum dapat diformulasikan sebagai berikut:dimana:

N=N;+Np (1)

N : siklus patah lelah ( Cycles tofatigue failure)Ni: siklus pembentukanretak( Crackformation

lives)Np: siklus perambatan retak ( Cycles of crack

propagation)

~Aa

Gese!i Tarik

11'r--It,!

I,jII

Tarik

l't

Tarik1'1f~ I

tll" Ii i, ,

! I! ,"---'

-4~ ~~Aa

~

Ket:I. Awal retak (Crack initiation)2. Perambatan retak tahap I ( Micro crack growth)3. Perambatan retak tabap II ( Macro crack growth)4. Kerusakan tabap akhir ( Final fracture)Acradalab beban kerja dinamis

Gambar 1. Proses kelelaban material [8.9].

Tinjauan Umum Substansi Makalah

Metode anaIisis yang disajikan dalarn makalah inidiarahkan untuk memprediksi siklus pembentukan retak( Ni ) daD siklus perambatannya ( Np ). Sikluspembentukan retak ( Ni , dianalisis berdasarkan teoriNeuber, dim ana teori ini memanfaatkan besamyajumlahregangan ditempat asal terbentuknya retak. Analisissiklus perarnbatan retak lelah (Np ) dilaksanakan denganmemanfaatkan hubungan empiris antara stress intensity

factor disekitar ujung retak dengan kecepatan

peran.batanretak lelahseperti yang diformulasikan olehParis. Pendekatan analisis dari Neuber daDParis disinidigunakan untuk memprediksi umur daD perilakuperambatan retak lelah daTimaterial baja karbon yangbanyak digunakan untuk material paras motor, parasdinamo, paras engkol, batang torak, paras transmisi dB.Bebankerjayang dipertimbangkandalarnanalisis adalahmerupakanbebankerjayang seringdialarniolehmaterialparas dalam operasinya sehari-hari, yaitu beban lenturputar (Rotating bending loads) dengan rasiopembebanannyaR = -I. UntukmengetahuiketelitiandaTipenggunaan metode analisis Neuber daD Paris, basilprediksi teoritis dibandingkan dengan basil pengujianmaterial baja karbon yang sarna dengan beban uji lenturputar. Ketelitian tersebut ditunjukkan melalui korelasiantara grafik teoritis daDeksperimental daTiumur lelah(S-N), perambatan (a-N) daD kecepatan perambatan(daJdN-AK)retak lelah.

METODE ANALISIS

Didalarnanalisis,teoriNeuberdanParisdigunakanuntuk menganalisis perilaku kelelahan daTi sampelmater"albaja karbon sepertiyang terlihatpada garnbar2.Sampel tersebut terbuat daTi baja karbon En 8 yangmemiliki komposisi kimia seperti terlihat dalam tabelldaD sifat mekanis material dasamya adalah sebagaiberikut:

. Kekuatan tarik ( Ultimate tensile strength ),aurs= 659,60MPa

. Teganganluluh (Yieldstrength), a = 411 MPay. Modulus elastisitas ( Elastic modulus ), E =207 x 1Q3MPa

. Perpanjangan ( Elongation) = 24%

. Pengecilanpenampang saatpatah ( Reductionarea atfracture) = 47%

. Batas lelah (Endurance limit), aD= 350 MPa

. Fracture toughness, K,c= 45 MPa mo.s

Didalam Gambar 2, pemberian takikan melingkarberbentuk huruf V ditujukan untuk mensimulasikankonsentrasi tegangan sehingga diharapkan retak akanterbentukdanmerambatmulaidariujungtakikanV.Akibatbeban lenturputar, konsentrasitegangan diujung takikan

R=/ 0-'--i { ti1~ ,:24 } -3-----

I: 35 .1 76 R =If 76 1< 35 ~Gambar 1. Desain sampel baja karbon yang dianalisis.

MetodeAnalisis Perilaku Kelelehan Material Baja Karbon Akibat Pengaruh Beban Lentur Putar (Rotating Bending Loads)(Barkali Setiyono)

Tabel 1. Komposisi kimia.

akan bertluktuasidari nilai tarik maksimumke nilai tekanminimum secara bergantian clan terns menerus. Jadiselama pembebanan, sampel diatas akan sepenuhnyamendukung tegangan tarik-tekan bolak-balik ataucompletely reversed stresses seperti berikut ini.

TL\O"

tO"mi ~-L-

R=Umin =-1 , Umax =-UminUmax

- Umax +UminU rata-rata - 2

0

Gambar 3. Tegangan kerja dinamis.

Analisis Siklus Pembentukan Retak

Siklus beban kerja yang diperlukan untukmenimbulkan awal retak ( Ni ) dapat diperoleh denganmemanfaatkan besarnya regangan total ( ~ET) diujungtakikan dari sampel baja karbon pad a gambar 2.Berdasarkan prediksi nilai regangan total ( ~ET), makabesar sikluspembentukanretak dapatdihitungdarirumusberikut ini.

I

N; = {L\E; -L\Ea};;; (2)Ef-Em

~Ea adalah endurance strain range clan dapat diperolehdari:

2&end &yp(l-rO' )!!.& =a & ( l-r ) +& ( l+r ) (3)

yp 0'. end 0'

Eendadalah endurance strain clan besamya dihitung dari:

E - UDend - E (4)

dimana:

O"D: batas lelah ( Endurance limit) berdasarkan

beban dinamis beramplitudo konstan dengan

tegangan rata-rata crmean= 0E : modulus elastisitas

Karena sampel pada gambar 2 bertakikan, maka nilai Eendditentukan dengan menggunakan faktor takikan (Notch

factor) Kr = 2,20 [1], sehingga endurance strain yangdigunakan dalam analisis adalah:

~Eend= 2,20 E (5)

E merupakan regangan luluh ( Yield strain) clan~p .dltentukan dan :

UyE yp = - (6)E

cr adalah kekuatan luluh ( Yield strength) clan rcr sarnay

dengan R dimana nilai rasio tegangan R dalam analisisakibat beban lentur putar adalah -I, sehingga rum us (3)berubah menjadi :

L\8a = 28end (7)

Emadalah regangan rata-rata diujung takikan clanbesamya ditentukan dari :

8

8m= r;a. (l+re) """""""""""""""""""'" (8)dimana :

~max : regangantotalmaksimumdiujungtakikan

re

8rmin

. 8rma.ETmin : regangan total minimum

diujung takikan

Oidalam rumus (2), E/ adalahfatigue ductility coefficientclan IXIadalahfatigue ductility exponent. Kedua besaranini dapat diperoleh dari komponen plastis diagram Coffin-Manson ( Low cycle fatigue diagrams ). Untukmenghasilkan diagram Coffin-Manson secaraeksperimental diperlukan waktu clandana sehingga untuktujuan effisiensi dalam penggunaan metode analisis yangdisajikan dalam makalah ini, maka diagram Coffin-Manson diprediksi secara empiris menggunakan metodeFour-point correlation prediction [4]. Hasil prediksidiagram Coffin-Manson dapat dilihat pada gambar 4 clan

dari komponen plastis diperoleh nilai E/ = 0,56 dengannilai IXI= -0.49. Penjelasan rinei dari penggunaan metodeFour-point correlation prediction dapat dilihat padadaftar pustaka no. 4. Oidalam penggunaan rumus (2),

besamya nilai regangan total diujung takikan ( ~ET )ditentukan dengan mempertimbangkan tegangan takikan

maksimum ( crow<)dalam memenuhi kriteria berikut ini.- Kalau 0" < cr , maka regangan total (M" ) hanya

OW< y ..ditentukan berrlasarkan regangan elastis ( ~Ee )sebagai berikut :

107

Elemen C Si Mn S P Fe

Prosentase( %) 0,43 0,26 0,78 0,03 0,02 sisanya

Prosiding Pertemuan Ilmiah Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan'99Serpong, 19 -20 Oktober 1999 ISSN 1411-2213

Au

AcT = Ace= E"""""""'.".""""'.""" (9)

Acr= cr - cr. karena R = -1 maka cr . = - crmax mln ' mln mIX

sehingga Acr = 2crmax ' dimana :

u max = K, u nom (10)

K, adalah faktor konsentrasi tegangan ( Stressconcentration factor) daD untuk takikan V daTi

sampel pacta Gambar 2, nilai K, = 2,5 sedangkan crnomadalah tegangan kerja nominal.

- Kalaucrmax ~ cry, makaregangantotal( At,.) ditakikanakan ditentukan berdasarkan regangan elastis (Al>c)daD regangan plastis ( Al>p) sebagai berikut :

Au

AcT = Ace+Acp = E+Acp (II)

Nilai regangan total plastis ( Al>p) ditentukan melaluimetode iterasi, dimana iterasi pertama-tama dilakukanpactasetengah siklus pembebanan tarik daDdilanjutkandengan iterasi pactasetengah siklus pembebanan tekandari diagram tegangan ( cr ) - regangan ( I>) materialdidekat ujung takikan seperti terlihat pactaGambar 5.Proses iterasi dilaksanakan dengan menggunakanprogram komputer, dimana nilai I>pmaxdan I>pmindiiterasisedemikian rupa sehingga nilai tegangan takikan teoritis( Maksimum dan minimum) konvergen dengan nilaitegangan takikan maksimum daD minimum yangsebenamya.

0.02

« 0.0",;>!

~~Z 0.01

~~

0.00'

. PREDIKSI DATA PLASTIS

00.0001 0.001 0.01 10 100 1000 x 10'0.1

SIKLUS BEBAN KERJA. N ( CYCLES)

Gambar 4. Prediksi empiris diagram Coffin-Manson.

Analisis Siklus Perambatan Retak

Setelah retak terbentuk diujung takikan makasiklus beban kerja yang menyebabkan retak merambatsampai mencapai ukuran kritisnya ( acr ) sehinggamengakibatkan patah lelah ( Fatigue fracture) dapatdiperoleh dengan memanfaatkan formulasi empiris dariParis sebagai berikut :

cr

1 I(J....

IY:sI>

1(J.RIn

Epm.. : regangan plastis maksimumEpmin : regangan plastis minimumEom.. : regangan elastis maksimum

0"

(&emax = ';')Eomi. : regangan elastis minimum

0" min

(&emin =~)(Jm.. daD (Jmi. adalah tegangan takik-an maksimum daD minimum

Gambar 5. Perilaku material didekat ujung takikan [4J.

da =c AKn (12)dNdimana :

dodN : kecepatan perambatan retakAK : stress intensityfactor range

c daDn : konstanta materialSelamaproseskelelahan,awalretakmelingkarmerambatkearah sumbu sample pactagambar 2 sampai keukurankritisnya. Besarnyastress intensityfactor range AKakanditentukan oleh ukuran dalamnya retak melingkar ( a )dari ujungtakikan( gambar6 ) daDdihitungdenganrumus(13).

,\K = 2'\a .J1ta (0,001) (13)1tK,

K,adalah faktor konsentrasi tegangan dan untuk sampel

pactaGambar 2, K, = 2,5 dan :adalah faktor koreksiuntuk retak melingkar seperti pada Gambar 6 [6].Panjang kritis retak melingkar ( acr) ditentukan denganpertimbangan bahwa nilai stress intensity factor

maksimum ( K.max) disekitar ujung retak sepanjang acrsudah mendekati nilai fracture toughness ( K.c ) daTimaterial baja karbon yang dianalisis. Untuk memenuhi

pertimbangan tersebut, nilai acr diiterasi denganmenggunakan program komputer sampai dicapai kondisipacta persamaan (14).

108

MetodeAnalisis Perllaku Kelelehan Material Baja Karbon Akibat Pengaruh Beban Lentur Putar(Rotating Bending Loads)(Harkal! Setiyono)

15 -2a

fiJil-r-'-'-'-'-I-'I-" m

a : dalamnyaretak diukurdari ujungtakikan PenampangA-A

Gambar 6. Arah perambatan retak melingkar.

K1max= amax.J 1ta(O,OOI) ::::K1C (14)

Didalarn analisis nilai K1c=45 MPa mos daDnilai a yangdiperoleh dari iterasi rumus (14) adalah panjang retak

kritis ( ace)'Substitusi persamaan ( 13) kedalarn persarnaan(12) daD mengintegrasikan dari ukuran retak ao sarnpaidengan a. dapat diperoleh persarnaan umum prediksibesamya siklus beban kerja dinarnis untuk perarnbatanretak lelah (Np)'

(O,OOla. )(1-0,Sn) -(O,OOlao )(I-o,Sn)

N p = 0 64L1a (15)

cx3,14 o,Snx( , 2,5 )n x (1-0,5n)

Untuk mendapatkan siklus beban perambatan retak lelah

sarnpai mencapai ukuran kritisnya ( acr ) maka dalarnpenggunaan rumus (15), nilai a. diganti dengan nilai acedaD nilai ao = ~ yaitu kondisi dimana retak awal ( Aninitial crack) mulai merarnbat. Ukuran awal retak (a)ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut ini.

aj = 318.47 (KIL1L1:lh)2 (16)

L1KtIJadalah nilai threshold level, dimana nilai inimerupakan besamya stress intensity disekitar ujung retakyang mengakibatkan retak mulai merambat daD dalarn

makalah ini nilai L1KtIJadalah sarna dengan 10,04 MPa mo,s[5]. Satuan panjang retak a dalarn rumus-rumus diatas

3a~---------

...

1

~~a..

0 Nj Ncr

SikhlS beban kerja, N

(b). Perilaku perambatan retak lelah

adalah merupakan satuan milimeter ( mm ) daDdenganmemanfaatkan rumus (13) daD (15) dapat ditentukanbesamya L1K,NpdaDkecepatan perarnbatan retak lelah(da/dN)pada setiap intervalpertambahan panjang retak.Ketiga besaran tersebut dapat digunakan sebagai datauntuk menggambarkan perilaku perambatan daDkecepatan perambatan retak lelah yang secara umumdapatdilihatpada Garnbar7berikut ini.DidalamGarnbar7 tersebut, L1K",disebut sebagaia threshold level dimanapada nilai ini retak mulai merarnbat sedang dibawahnyaretak tidak akan dapat merambat.

METODE EKSPERIMENT AL

Metode eksperimental dilaksanakan melaluipengujian kelelahan ( Fatigue tests) daD pengujianperambatanretak lelah( Fatigue crackpropagation tests) dalarn kondisi temperatur laboratorium. Desain daDmaterialbendaujiyang digunakandalarnpengujian sarnadengandesainsampelbajakarbonpada Gambar2, dimanabenda uji diuji pada mesin uji kelelahan lentur putar(A Rotating bendingfatigue testing machine) sehinggasistem pembebanannya terlihat seperti pada Gambar 8.Didalampengujiankelelahan,beban uji diberikan secarabertingkat daDuntuk tujuan effisiensi waktu pengujiansetiap tingkat beban uji dibuat agar tegangan takikan

daIdNI<tc

i

-J-.- da =c(M)nI dNj

l6K.t.

Log 6K

Gambar 7. Perilaku retak lelah. [7,91

(b). Perilaku kecepatan perambatan retak leleah

109

Pros;d;ng Pertenwan limiah Iinw Pengetahuan dun Teknolog; Bahan '99Serpong, 19-200ktober 1999 ISSN Ull-22I3

lebih besar daTibatas lelah ( Endurance limit) materialbendauji yang bertakikan. Denganfaktortakikan sebesar2,20, maka barns lelahnya adalah 350/2,20 <::;159 MPasehinggaamplituda tegangan dinamis pada takikanyangdigunakan dalam pengujian kelelahan bervariasi antara290 sampai dengan 542 MPa. Rasio tegangan kerjaditakikan R = -I clandisetiap tingkat beban uji, palingsedikit3 ( Tiga) buahbenda uji yang identikdiujisarnpaipatah lelah. Penyebaran data ( Scattered data) basilpengujian disetiap tingkat beban uji dianalisisberdasarkan metode arc sine JPtransformation [2] clan

penyebaran data tersebut dibatasi dalam batas-batas(Scatterlimits) 10%sarnpaidengan 90%,Kemudiannilairata-rata dari penyebaran data digunakan untukmemverifIkasidata prediksibasil analisis.Dengansistempembebanan pada Garnbar 8, maka ujung takikan akanmenerima tegangan tarik-tekan secarabergantianselamapengujiansehinggaretak lelahdiawalidan merambatdaTiujung ini. Pengujian perambatan retakjuga dilaksanakandengan sistem yang seperti pada garnbar 8clanbeban ujimenyebabkan amplituda tegangan dinamis ditakikansarna dengan 456 MPa. Pengukuran dalarnnya retakdisetiap interval siklus pembebanan tertentu diukurmenggunakanmetodepotential drop equipment,dimanaukuran retak diperoleh berdasarkan perbedaanpotentialdrop ditempat cacat retak clan tanpa cacat retak,

Pengukuran potential drop dilakukan menggunakanprobe khusus yang memiliki jarak ujung ( Probe tipspacing) 10mm clanprobe ditempatkan di empat titik disekeliling bagian tanpa caeat clan takikan benda uji,dimana titik-titik pengukuran tersebut terpisah denganjarak sudut sebesar 90°.

VERIFIKASI PREDIKSI ANALITIS

HasH penggunaan metode arc .JP sinetransformation untuk menganalisis variasi dataeksperimental di setiap tingkat beban uji seperti yangterlihat pada Gambar 9 (a) menunjukkan bahwa semuadata eksperimental masih tersebar dalam batas-batastoleransi 10%- 90%. Kemudiandengan mengarnbilnilairata-rata dari variasidata eksperimental di setiap tingkatbeban uji clanmembandingk~l1Dyadengan data basilprediksi anaJitissepertiyang terJihatpada Garnbar9 (b),jelas terlihat bahwa prediksi anaHtismemiliki korelasiyangmendekatidataeksperimentaI.Perbedaankecilyangmasih terlihatdarimasing-masingdata,dapat disebabkanoleh~masi aktualdaTikondisi setiapbenda uji, misalnyadimensiaktualyang tidak diperhitungkandalarnanalisis,dimana analisis selalu menggunakan dimensi nominalbenda uji. Tetapi walaupun demikian, secara umumkorelasi antara data prediksi anaJitis dan eksperimental

BENDING MOMENT DIAGRAM

TUMPUAN

MOMEN MAKSIMUM

TUMPUAN

Gamba, B. Sistem pembebanan

BENDA!'" ,DATANG'IUNDRIS8£RTAKJJW<VMAmuAL -8AlAKARIIONEo-IBEB"I'II ,LENn..""AIt,OurATDlGoa.'DING

~ ...L LOADS)i!Ii "";,;~Q~ ""..::I

~ .."~~ '0

~;,; '00

-,O",""".GANG""""O"-"- ..,

I (JPATAUAS"""""""N I

"KJJJS BEHAN KEVA. N' CYClES)

(a) HasH eksperimental

z. ~"i

~ ~i!;Q

~ ..::I"~ ..8 ..~~ 000

B£NDAUn ,BATANG'..INIJRIIIJIEIlTA"""'NV

MA"'"-'L ,BAlAMUON'",Nun,"""",,"""'IOI"A_-

LOADI)

~"",k)tFAJANGAN""","."-"O

If;.~~::""':': I

ow.".."

"KWI B£8AN KEVA. N , CYCLES )

Gambar 9. Diagram SoN hasil teoritis dan eksperimental,

(b) HasH teoritis daD eksperimental

oon

MetodeAnalisis Perilaku Kelelehan Material Baja Karbon Akibat Pengaruh Beban Le.nturPutar (Rotating Bending Loads)(Harkali Setiyono) .

boleh dikatakan sudah seperti yang diharapkan.Perbandingan data perambatan retak lelah teoritis claneksperimentalseperti yang terlihat dalam Gambar 10(a)menunjukkanbahwa ukuran awal retak tidak terlihatclangrafik dimulai daTinilai DOl.Hal ini disebabkan karenadalam pengujian, pengukuran retak dimulai daTiujungtakikan clanuntuk mempermudah verifikasi, maka dataanalitisjuga digambar daTinilai Dolyaitu panjang retakteoritisdiukurdaTiujung retakawal.Meskipundemikianperilaku perambatan retak basil analitis jelas dapatmencerminkan perilaku perambatan retak lelah yangsebenarnya.Didalamgrafikperbandinganantaraperilakukecepatan perambatan retak lelah teoritis claneksperimental seperti yang di-tunjukkan oleh gambar1O(b),jelas terlihatbahwa data eksperimentalmencakup

perila-ku stable crack growth (Daerah tinier) clanunstable crack growth ( Daerah non tinier ) sedangprediksianalitismemilikikorelasi yangrelatif mendekatiperilakuaktualdi daerah tinier.

KESIMPULAN

Model analisis perilaku kelelahan baja karbonakibat beban lentur putar yang disajikan dalam makalahini dilaksanakan berdasarkan pada kondisi total regangansetempat diujung takikan clan stress intensity disekitarujung retak. Pendekatan analisis regangan setempatditujukan untuk mendapatkan siklus beban kerja sampaimenimbulkan awal retak lelah (Fatigue crack initiation)sedangkan pendekatan stress intensity digunakan untukmenganalisis siklus beban kerja perambatan retak sampaimencapai ukuran kritisnya. Dari kedua pendekatantersebut, umur lelah maupun perilaku perambatan retaklelah dari baja karbon yang menjadi obyek penyelidikandapat diprediksi. Untuk mengetahui ketelitian modelanalisis, maka basil prediksi teoritis telah diveritikasidengan basil sejumlah pengujian benda uji silindrisdengan takikan V yang terbuat dari baja karbon sejenisdengan beban uji lentur putar. Verifikasi prediksi teoritismenunjukkan bahwa basil model analisis memiliki korelasiyang mendekati basil eksperimental. Disamping itu dapatdiketahui juga bahwa variasi data basil pengujiankelelahan masih berada dalam batas-batas toleransi 10%-

90%. Secara statistik data basil prediksi analitis rata-ratamenyimpang 1% lebih rendah dari data basil pengujiankelelahan dengan standard deviasi 0,082.

DAFTARACUAN

[1]. R. E. Peterson," Stress Concentration Factors ",John Wiley& Sons, Inc., (1974)9-11.

[2]. Dieter Dengel, " Die Arc Sin .jP-Transformation- Ein Einfaches Verfahren Zur Grafischen UndRechnerischen Auswertung GeplanterW5hlerversuche", Zeitschriftrur Werkstoffiechnik,6. Jahrgang,Heft 8,August (1975) 253-288.

[3]. T. G. F. Gray," Convenient Closed Form StressIntensity Factor Common Crack Configurations ",International Journal of Fracture, Vol. 13, No.1,February(1977)70-73.

[4]. Terance V. Duggan and James Byrne, "Fatigue AsA Design Criterion ", The Macmillan Press Ltd.,(1979)46-110.

[5]. ESDU," Fatigue Crack Propagation Rates andThreshold Stress Intensity Factors In High AlloyAnd Corrosion resistant (Stainless) Steel ", ESDU-ItemNumber84003,April,(1984)47.

[6]. K. Hellan,"Introduction To Fracture Mechanics ",McGrawHiIIBookCo.,(1985)132-154&243.

[7]. H.L.EwaldandRJ.H. WanhilI,"Fracture Mechanics", EdwardArnoldLtd., (1986).

111

100.BENDAUII . BATANGSILINDRISBERTAKIKANVMATERw.. : BAJAKARBONEn-8

-; 1 BEBANUII : LENTURPUTAR ( Rar ATINGBENDING0.. 600 WADS)='

.JIIen '00

zi5« 400O!'":.:

300<§'"....

§ 200-RASIOTEOANGAN KERJA R - S.../s...--I

....:;0..

100I. DATAHASILEKSPERIMENI

001 I 10 100x1O'

SlKLUSBEBANKERJA.N ( CYCLES)

(a) Perambatan retak

100.BENDAUII : BATANGSILINDRISBERTAKIKANVMATERw.. : BAJAKARBONEn.S

...!- BEBAN UII : LENTUR PUTAR ( Rar ATINGBENDING.00 WADS)

.JIIen

5"0zis

400

!;:I

I300

....

§ 200

t:: I RASIO TEOANGAN KERJA R - !\.;./s...- .1....0..

100-t +DAT A HASILEKSPERIMEN&DATAPREDIKSITEORITIS

oJ I """ I I '"

0.1 I 10x10'

SlKLUS BEBAN KERJA. N ( CYCLES)

(b) Kecepatan perambatan retak

Gamba, 10. Perilaku perambatan retak teoritis dan

eksperimental.

Prosiding Pertemuan Ilmiah /Imu Pengetahuan don Teknologi Bahan '99Serpong, /9 -20 Oktober 1999 /SSN 1411-2213

[8]. Harkali Setiyono, " Umur Lelah DaTiBaja KarbonAkibat Proses Shot Peening ", Proceedings -

Simposium Nasional Kelelahan Pada Material DanStruktur, 13-15 Pebruari, (1989) 275-295.

[9]. Harkali Setiyono," Perilaku Kelelahan DaTiKomponen A12024- T3 Yang Memiliki Cacat RetakAkibat Penguat Material komposit Graphite/Epoxy", Prosiding Seminar - Fatigue & FractureMechanics, 19-20 Pebruari, (1998) 72-80.

112