PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT UJI BENDING UNTUK PENGUJIAN MATERIAL LOGAM YANG AKAN DIGUNAKAN DI LAB METALURGI FISIK UNIVERSITAS ISLAM AS-SYAFI’IYAH
SKRIPSI
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Sofyan Tsauri 1420110026
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM AS-SYAFI’IYAH AS- SYAFI’IYAH JAKARTA 2018
i
LEMBAR PENGESAHAN
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT UJI BENDING UNTUK PENGUJIAN MATERIAL LOGAM YANG AKAN DIGUNAKAN DI LAB METALURGI FISIK UIA
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Dalam Menempuh Ujian Sidang Sidang Sarjana Strata Satu (S-1) Pada Program Studi Teknik Mesi n
Disusun Oleh : Sofyan Tsauri NIM : 1420110026
Diterima dan disetujui sebagai Skripsi di Program Pr ogram Studi Teknik Mesin Universitas Islam As – As – Syafi’iyah Syafi’iyah Jakarta, ……….. 2017 Diketahui Oleh:
( Ir. Harry Unardi, M.Sc)
( Ir. M. Damanhuri )
Dosen Pembimbing Utama
Koordinator Tugas Akhir Mengetahui,
(Ir.Dudung Hermawan) Ketua Program Studi Teknik Mesin UIA
ii
TANDA PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini : Nama
: Sofyan Tsauri
NIM
: 1420110026
Jurusan
: Teknik Mesin
Judul Skripsi
: PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT UJI BENDING UNTUK PENGUJIAN MATERIAL LOGAM YANG AKAN DIGUNAKAN DI LAB METALURGI FISIK UIA
Dengan ini menyatakan bahwa Skripsi ini merupakan hasil karya sendiri bukan merupakan jiplakan, saduran ataupun plagiat dari hasil karya ilmiah orang lain dan belum pernah dipublikasikan. Apabila terdapat hal-hal yang bertentangan dengan pernyataan ini dikemudian hari saya bersedia menerima sangsi berupa pembatalan hasil sidang skripsi ini.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya tanpa ada paksaan dari siapapun.
Jakarta, ….., …………., 2017 Yang menyatakan,
Sofyan Tsauri
iii
ABSTRAK
Pemahaman akan sifat mekanis bahan pada proses perancangan dan konstruksi sangatlah penting, untuk itu dalam pemahaman mata kuliah material teknik bagi mahasiswa S1 teknik mesin diperlukan alat uji tekuk bahan untuk membantu proses belajar mengajar bisa lebih baik. Dalam merancang alat uji tekuk ini digunakan metode perancangan standar yang menggunakan elemen mesin yang standar pula dan umum didapatkan dipasaran. Pada alat uji tekuk ini menggunakan sistem penekuk utama yaitu dongkrak hidrolik dengan kapasitas tonase disesuaikan dengan dimensi spesimen uji. Spesimen uji pada alat ini berbentuk silindris dimana benda uji (specimen) yang akan kami teliti menggunakan bahan utama alumunium (AL), (AL), bahan utama alumunium, adapun spesimen uji dibuat sesuai dengan standar pengujian ASTM E290 tentang standarisasi uji tekuk pada material untuk mendapatkan nilai ketangguhan suatu material. Kata Kunci : Perancangan alat uji tekuk material alumunium.
iv
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah Subhanahuwata’ala yang telah memberikan rahmat dan hidayah sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan judul “PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT UJI BENDING UNTUK PENGUJIAN MATERIAL LOGAM YANG AKAN DIGUNAKAN DI LAB METALURGI FISIK UNIVERSITAS ISLAM AS-SYAFI’IYAH” AS- SYAFI’IYAH” Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu persyaratan kurikulum untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin pada Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam As-Syafi’iyah As- Syafi’iyah.. Penulis menyadari bahwa selama penyusunan skripsi ini, telah mendapat banyak dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Tanpa bantuan dan dukungan mereka, penyusunan skripsi ini tidak dapat terselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam kelancaran penyusunan skripsi ini yaitu: 1. Allah SWT yang telah memberikan kemudahan bagi penulis dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Syamsudin ali dan ibu Hj.syarkiyah selaku kedua orang tua yang selalu memberikan dukungan serta do’a kepada penulis dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir sebagaimana mestinya.
v
3. Bapak Ir.Harry Sunardi,M.Sc selaku pembimbing utama Tugas Akhir ini yang telah memberikan waktu dan bimbingannya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Ahmad Faisal selaku kaka yang selalu memberikan dukungan dan suasana yang hangat baik di dalam maupun di luar rumah. 5. Bapak Ir.Dudung Hermawan,MT selaku wakil dekan dan ketua program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam As-Syafi’iyah As- Syafi’iyah 6. Bapak Ir.M.Damanhuri selaku koordinator Tugas Akhir 7. Rekan – Rekan – rekan rekan mahasiswa khususnya jurusan Teknik Mesin dan rekan – rekan rekan Fakultas Sains dan Teknologi yang tak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah banyak membantu dan memberikan dukungan pada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penyusun menyadari bahwa dalam laporan Tugas Akhir ini masih banyak kekurangan. Akan tetapi penulis berharap semoga laporan ini dapat bermanfaat untuk para pembaca. Akhir kata, penulis berharap Allah SWT berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu penulis. Jakarta,6November2017 Penulis
Sofyan Tsauri
vi
DAFTAR ISI
Halaman judul ……………………………………………………………
i
Lembar pengesahan ………………………………………………………
ii
Lembar asistensi …………………………………………………………. ………………………………………………………….
iii
Abstrak …………………………………………………………………...
iv
Kata pengantar ……………………………………………………………
v
Daftar isi …………………………………………………………………. ………………………………………………………………….
vii
Daftar gambar …………………………………………………………….
ix
Daftar notasi ……………………………………………………………...
xi
Bab I Pendahuluan ……………………………………………………….
1
1.1
Latar belakang masalah ………………………………………...
1
1.2
Identifikasi masalah ……………………………………………
2
1.3
Perumusan masalah …………………………………………….
3
1.4
Tujuan dan manfaat penelitian …………………………………
3
1.5
Batasan masalah ………………………………………………..
4
1.5
Sistematika penulisan …………………………………………..
5
Bab II Landasan Teori ……………………………………………………
7
2.1
Definisi alat uji lengkung (bending test ) ……………………….
7
2.2
Balok (beam) beam) dan gaya ( force) force) ………………………………...
7
2.3
Definisi tumpuan ……………………………………………….
9
2.3.1
Tumpuan sederhana ( simple beam) beam) ……………………………
9
2.3.2
Tumpuan menganjur ( cantilever beam) beam) ………………………..
10
2.4
Tegangan ( stress) stress) ………………………………………………
11
2.5
Regangan elastis (elastic strain) strain) ……………………………….
12
2.6
Defleksi ( y) y) ……………………………………………………..
14
2.7
Geseran (V) dan momen (M) …………………………………..
14
2.8
Sifat-sifatpenampang beam ..........................................................
16
2.8.1
Penampang beam segi beam segi empat …………………………………..
16
2.8.2
Penampang beam lingkaran ……………………………………
17
Bab III Metode Penelitian ………………………………………………..
19
vii
3.1
Prosedur penelitian ……………………………………………..
19
3.2
Perancangan dan desain ………………………………………..
19
3.2.1
Tahap 1 : Perencanaan …………………………………………
20
3.2.2
Tahap 2 : Konsep perancangan ………………………………...
21
3.2.3
Tahap 3 : Fabrikasi ……………………………………………..
23
3.3
Perhitungan konstruksi …………………………………………
24
3.3.1
Rumus perhitungan guide perhitungan guide pilar ………………………………..
24
3.3.2
Rumus perhitungan midle plate ………………………………..
25
3.3.3
Rumus perhitungan baut pengikat ……………………………..
28
3.4
Perhitungan uji defleksi pada spesimen ………………………..
30
BAB IV Analisa Dan Pembahsan ………………. ……………….………………………..
31
4.1
Tahapan Rancangan kontruksi…………………… kontruksi……………………..... .....…………. ………….
31
4.1.1
Perhitungan Pada Titik A ( middle plate middle plate)........ )........………………….. …………………..
32
4.1.2
Perhitungan pada titik B ( upper plate) plate) ………………………….
37
4.1.3
Perhitungan Pada Titik C ( guide pilor ) ………………………...
42
4.1.4
Perhitungan pada titik D (baut pengikat) …….………………… …….… ………………
47
4.2
Tahap Fabrikasi …………………………………………………
49
BAB V Kesimpulan Dan Saran …………………………………………..
54
5.1
Kesimpulan……………………………………………………... Kesimpulan……………………………………………………...
54
5.2
Saran …………………………………………………………….
55
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Tumpuan Sederhana (Simple Beam) Beam) ……………………... 9
Gambar 2.2
Tumpuan Menganjur ((Cantilever Cantilever Beam) Beam) ………………....
10
Gambar 2.3
Jenis Defleksi Pada Batang Uji …………………….......
14
Gambar 2.4
Arah V Dan M Positif Pada Beam Pada Beam ……………………......
15
Gambar 2.5
Konversi Tanda Untuk Lenturan Dan Geseran ………... ………...
16
Gambar 2.6
Penampang Beam Penampang Beam Segi Empat ……………………….
16
Gambar 2.7
Penampang Beam Penampang Beam Lingkaran Lingkaran …………………………...
17
Gambar 3.1
Flow Kegiatan Pembuatan Mesin Uji Lengkung ………
19
Gambar 3.2
Desain Awal Alat Uji lengkung ………………………….. 21
Gambar 3.3
Tumpuan Jepit – Jepit – Jepit Jepit Pada Guide Pilar ……………….
24
Gambar 3.4
Pembebanan pada Midle pada Midle Plate …………………………
26
Gambar 3.5
Diagram Pembebanan Di Tengah Titik A ……………...
27
Gambar 3.6
Diagram Pembebanan Pembebanan Pada Baut Pengikat …………….
29
Gambar 3.7
Skema Skema Gaya Pengujian Bending ……………………….
30
Gambar 4.1
Titik kritis alat uji bending ……………………………...
31
Gambar 4.2
Diagram pembebanan rata pada titik A …………………
33
Gambar 4.3
Diagram pembebanan di tengah pada titik A …………...
35
Gambar 4.4
Defleksi akhir titik A ……………………………………
37
Gambar 4.5
Diagram pembebanan rata pada titik B …………………
38
Gambar 4.6
Diagram pembebanan di tengah pada titik B ………….... ………… ....
41
Gambar 4.7
Defleksi akhir titik B …………………………………. ………………………………….…
42
ix
Gambar 4.8
Diagram pembebanan pada guide pada guide pilar C1 dan C2 …….. …… ..
43
Gambar 4.9
Diagram pembebanan guide pembebanan guide pilar C1 …………………... …………………...
44
Gambar 4.10
Jenis tumpuan jepit bebas pada guide pada guide pilar ……………. pilar ……………... ..
44
Gambar 4.11
Diagram pembebanan pada baut D 1 dan D 2 ……………..
48
Gambar 4.12
Produk jadi ………………………………………………..
53
Gambar 5.1
Pengujian uji bending pada spesimen uji ………………...
54
x
DAFTAR NOTASI
: Tegangan tarik (N/mm2)
F
: Gaya (N)
Ft
: Gaya tarik (N)
FMH
: Gaya maksimum hidrolik (N)
Fv
: Gaya arah vertical (N) (N)
Fk
: Pembebanan tekuk (N)
: Regangan : Tegangan (N/mm 2)
A
: Luas penampang (mm2)
m
: Massa benda (kg)
g
: percepatan gravitasi (m/s2)
I
: momen inersia penampang persegi berlubang (mm 3)
ymaks
: Defleksi maksimum (mm)
b
: Lebar benda (mm)
h
: Tinggi benda (mm)
: Batas patah (N/mm2)
xi
̅
: Tegangan tarik ijin (N/mm 2)
n
: Jumlah komponen
dc
: Diameter core ulir (mm)
xii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang Uji bending dan modulus elastisitas pada suatu material dilakukan dengan menggunakan beban dimana tegangan utamanya dalam bentuk lentur. Nilai modulus elastisitas pada uji bending dan uji tarik atau uji tekan akan mengalami sedikit perbedaan meskipun spesimennya sama. Hal itu disebabkan karena modulus elastisitas pada uji tarik atau uji tekan berada pada satu arah, yaitu arah tarik atau tekan. Sedangkan pada uji bending, modulus elastisitasnya berada pada dua arah, yaitu tarik dan tekan.
Dalam bending biasanya terdapat beban direct stress dan transverse shear. Melalui uji bending ini, kita dapat melihat perilaku material yang mengalami jenis pembebanan tersebut, standar pengujian lentur untuk material logam mengacu pada ASTM E290.
Pengujian bending dilakukan khusus untuk material yang getas, karena material getas tidak cocok digunakan untuk uji tarik. Bentuk spesimen uji tarik terlalu rentan untuk material getas. Selain itu, grip pada uji tarik dapat membuat material getas patah terlebbih dahulu. Oleh karena itu pengujian bending ini perlu dilakukan.
Contoh
nyatadari
benda
yang
mengalami
bending
penyebrangan, meja, chassis mobil, excavator, dan lain-lain.
1
sendiri
yaitu
jembatan
Tujuan Praktikum
Tujuan dari praktikum uji bending dan kekakuan adalah :
1.
BAB II LANDASAN TEORI
ndi ng test test ) 2.1. Definisi alat uji lengkung (B endi Pada disiplin ilmu teknik mesin material merupakan salah satu unsur penting dalam merancang suatu konstruksi, yang harus melalui tahapan pengujian untuk mengetahui kemampuan mekanik (mechanical ( mechanical properties) properties) suatu bahan dalam mendukung kemampuan mekanis suatu konstruksi.
Uji bahan yang umum dilakukan dalam perancangan konstruksi sangat beragam mulai dari uji kekerasan material (hardness tester ), ), Uji Tarik (tensile (tensile strength), strength), Uji tekan, uji punter, hingga uji kelengkungan bahan ( bending test ). ). Pada penelitian skripsi ini akan dibahas mengenai perancangan alat uji kelengkungan bahan yang dapat digunakan sebagai media pembelajaran sifat mekanis bahan yaitu defleksi. 2
Uji lengkung merupakan salah satu bentuk pengujian untuk menentukan kemampuan mekanis suatu bahan yang dapat dilihat secara visual. Secara prinsip uji
lengkung
ini
dilakukan
untuk
mengukur
kekuatan
material
akibat
pembebebanan secara aksial yang dapat dilihat dari bentuk dan defleksi yang terjadi pada spesimen pada satuan panjang tertentu diantara penyangga / tumpuan Uji lengkung ( bending ) adalah suatu proses pengujian material dengan cara di tekan untuk mendapatkan hasil berupa data tentang kekuatan lengkung (bending ) suatu material yang di uji.
2.2. Balok (beam) dan gaya ( for for ce)
Balok (beam (beam)) merupakan suatu batang struktural yang menahan gaya-gaya yang bekerja secara transversal terhadap sumbunya. Bila beban yang dialami pada balok bukan beban transversal maka beban tersebut akan menghasilkan torsi bagi balok. Pada pengujian lengkung serta perancangan struktur, torsi biasanya diabaikan karena dalam suatu perencanaan struktur balok lebih mampu mempertahankan pergeseran dan pelenturan dibandingkan menahan torsi. Secara umum jenis balok (beam (beam)) yang umum digunakan pada suatu konstruksi adalah berbentuk silindris ataupun kotak, panjang dan lurus. Perancangan suatu balok terdiri atas pemilihan bagian komponen yang akan menahan pergeseran dan pelenturan
yang akan dihasilkan oleh suatu pembebanan. Pada perancangan
balok perlu memperhatikan dua hal hal utama yaitu : a. Perhitungan gaya geser ( shear ) dan momen lentur (bending (bending ) yang dihasilkan oleh beban.
3
b. Pemilihan material balok yang mampu menahan gaya geser dan momen lentur berdasarkan perhitungan kapasitas pembebanan. Gaya ( force) force) didefinisikan sebagai tarikan atau dorongan yang bekerja pada sebuah benda yang dapat mengakibatkan perubahan gerak. Biasanya, gaya mengakibatkan dua pengaruh, pertama menyebabkan sebuah benda bergerak, dan kedua menyebabkan terjadinya deformasi pada benda. Pengaruh pertama disebut juga pengaruh luar (external effect ) dan yang kedua disebut pengaruh dalam (internal effect ). ). Apabila beberapa gaya bekerja pada sebuah benda, gaya-gaya tersebut dinyatakan sebagai sistem gaya ( force system). system). Jika sistem gaya yang bekerja pada sebuah benda tidak mengakibatkan pengaruh luar, maka gaya tersebut dinyatakan dalam keadaan setimbang (balance ( balance)) dan benda dikatakan berada dalam kesetimbangan (equilibrium (equilibrium). ). 2.3. Definisi tumpuan
Pada suatu konstruksi rangka batang yang terdiri dari beberapa batang balok (beam) beam) yang disatukan menggunakan baut pengikat, las, ataupun kelingan mempunyai karakter tegangan terhadap pembebanan yang terjadi pada balok tersebut, hal ini dalam dunia teknik mesin disebut dengan statika struktur. Pada statika struktur, titik temu dianggang sebagai tumpuan batang yang memberikan gaya reaksi (R) pada pembebanan yang terjadi pada beam (F). Tipe tumpuan dibedakan menjadi dua jenis, yaitu : 2.3.1.
Tumpuan sederhana ( simp simple beam)
Pada statika struktur dengan tipe tumpuan sederhana ( simple beam), beam), batang yang akan diuji dan diberi beban disangga oleh dua tumpuan dengan
4
pembebanan yang terjadi berpusat diantara tumpuan. Pembebanan yang yang terjadi pada batang uji ditunjukkan secara secar a visual dengan besar kecilnya nilai defleski yang terjadi pada batang uji.
Gambar 2.1 Tumpuan Sederhana ( simple beam) beam) Keterangan gambar : F
:
pembebanan pada beam (N)
A
:
Titik penyangga A (m)
B
:
Titik penyangga B (m)
a
:
Jarak penyangga A terhadap beban F (m)
b
:
Jarak penyangga B terhadap beban F (m)
l
:
Jarak penyangga A-B (m)
RA
:
Gaya reaksi pada titik A (N)
RB
:
Gaya reaksi pada titik B (N)
2.3.2.
Tumpuan menganjur (cantileve canti leverr beam beam)
Pada tipe tumpuan menganjur (cantilever (cantilever beam), beam), batang yang akan diuji dan diberi beban hanya disangga oleh di satu ujungnya saja. Pembebanan diberikan di ujung lain dari batang uji, sehingga defleksi yang terjadi pada titik dimana pembebanan dilakukan. Semakin jauh jarak beban terhadap penyangga maka defleksi yang terjadi semakin besar.
5
d l
Gambar 2.2 Tumpuan Menganjur (cantilever ( cantilever beam) beam) Keterangan gambar F
:
pembebanan pada beam (N)
c
:
jarak antara dinding dengan gaya F (N)
d
:
jarak dinding dengan dial (m)
l
:
Panjang batang total (m)
2.4. Tegangan ( stre stress ss)
Pada suatu konstruksi tegangan diandaikan terbagi sama rata di seluruh permukaan. Maka hasilnya sering disebut dengan tegangan tarik murni ( pure tension), tension), tegangan tekan murni ( pure compression), compression), ataupun tegangan geser murni ( pure pure share), share), tergantung dari cara kerja beban atas benda yang sedang diamati. Tegangan tarik
() yang dikatakan
terbagi rata dapat dihitung dengan
persamaan :
= Begitu juga untuk tegangan tekan
() yang dikatan terbagi rata dapat dihitung
dengan persamaan
6
= Dimana :
: Tegangan tarik (N/m2) : Tegangan tekan (N/m2)
F
: Gaya tekan (N)
A
: Luas penampang tekan (m 2)
2.5. Regangan elastis ( elastic strain)
Bila sejumlah batang lurus diberi beban tarik, maka batang tersebut akan bertambah panjang. Pertambahan panjang atau pemuaian tersebut te rsebut disebut dise but dengan regangan. Sedangkan regangan total diartikan sebagai perpanjangan total ataupun perubahan bentuk dari suatu benda. Regangan total
() dapat dirumuskan sebagai
berikut :
=
Regangan geser ( shear strain) strain )
adalah perubahan elemen tegangan pada arah
tegak lurus terhadap regangan geser murni. Elastisitas adalah sifat bahan yang memungkinkan bahan tersebut kembali ke bentuk dan ukuran semula bila beban dilepas. Untuk kondisi dimana tegangan berbanding lurus dengan regangan ditulis dengan persamaan :
=. 7
=. Dimana :
: Perpanjangan / regangan (m)
: Regangan elastis / tarik
l
: Panjang batang uji (m)
E
: Modulus elastisitas bahan (N/mm2)
G
: Modulus elastisitas geser (N/mm2)
: Regangan geser
2.6. Defleksi ( y )
Suatu struktur atau elemen mesin disebut kaku bilamana ia tidak melengkung, melendut ataupun memuntir terlalu banyak sewaktu diberi gaya, momen atau puntiran dari luar. Tetapi bila pergeseran akibat pengaruh luar tersebut besar, maka kejadian tersebut disebut dengan lenturan atau defleksi (y). Kadangkandang elemen mesin harus direncanakan untuk mempunyai karakter defleksi tertentu terhadap gaya yang bekerja misalnya sistem suspensi kendaraan. Elastisitas adalah sifat suatu bahan yang memungkinkan ia kembali ke bentuk semula setelah mengalami perubahan bentuk. Besarnya defleksi (y) mempunyai hubungan yang linier dengan gaya, sejauh batas elastisitas bahan tidak terlampaui . Jenis deflesi dibedakan menjadi beberapa jenis seperti yang terlihat pada gambar 2.3 dibawah ini 8
Gambar 2.3 Jenis Defleksi Pada Batang Uji Pada gambar diatas dapat dilihat bentuk defleksi (y) defleksi (y) di tiap kondisi penyangga. Pada lengkungan yang mengarah kebawah maka defleksi ( y) y) bernilai positif, sedangkan sebaliknya pada lengkungan yang mengarah keatas maka defleksi ( y) y) bernilai negatif.
2.7. Geseran (V) dan momen (M)
Pada gambar 2.4a menunjukkan sebuah beam yang beam yang didukung gaya reaksi R 1 dan R 2 dan dibebani oleh gaya terpusat F 1, F2 dan F3. Arah yang dipilih untuk sumbu y adalah petunjuk atas konvensi tanda untuk gaya. F 1, F2 dan F3 adalah negatif karena bekerja dalam arah y y yang negatif, sedangkan R 1 dan R 2 adalah positif.
9
Gb 2.4a
Gb 2.4b
Gambar 2.4 Arah V dan M Positif Pada Beam Pada Beam Bila beam dipotong pada suatu penampang pada jarak x = x 1 (lihat gambar 2.4b), dan bagian sebelah kiri diperlakukan sebagai suatu benda bebas, maka akan terbentuk gaya geser dalam V dan momen lentur M harus bekerja pada permukaan potongan untuk menjamin kesetimbangan. Gaya geser didapat dari penjumlahan gaya-gaya disebelah kiri penampang pemotongan. Momen lentur adalah jumlah dari gaya-gaya yang bekerja disebelah kiri penampang sesuai dengan jaraknya ke penampang tersebut. Gaya geser dan momen lentur adalah saling berhubungan sesuai dengan persamaan :
= Dimana :
V
: Gaya geser (N)
dM
: Perubahan momen lentur (Nm)
dx
: Perubahan jarak akibat lenturan / defleksi (m)
10
Pada gambar 2.5 dapat dilihat hubungan antara lenturan dengan geseran sesuai dengan arah lenturannya. Nilai lenturan positif untuk arah lenturan kebawah dan nilai lenturan negatif untuk arah lenturan keatas.
Gambar 2.5 Konvensi Tanda Untuk Lenturan dan Geseran 2.8. Sifat – sifat sifat penampang beam
Pada pengujian bending bentuk dari penampang beam beam juga mempengaruhi terhadap besaran nilai defleksi yang terjadi karena pembebanan. Bentuk beam yang umum diujikan antara lain : 2.8.1.
Penampang beam segi empat
Bentuk permukaan beam seperti pada gambar 2.6 didapatkan gambaran sebagai berikut
Gambar 2.6 Penampang Beam Penampang Beam Segi Empat
11
Persamaan yang berlaku :
= × ℎ = 0.289ℎ .ℎ . ℎ ̅= ℎ2 = 12 .ℎ . ℎ = 6 2.8.2.
Penampang beam lingkaran
Bentuk permukaan beam seperti pada gambar 2.7 didapatkan gambaran sebagai berikut
Gambar 2.7 Penampang Beam Penampang Beam Lingkaran
Persamaan yang berlaku :
= 4 = 32 = = . . . = 64
12
̅= 2
Keterangan simbol :
A
: Luas (mm2)
I
: Momen inersia (mm4)
J
: Momen inersia polar (mm4)
Z
: Modulus penampang (mm 3)
k
: Jari - jari (mm)
: Jarak titik berat (mm)
BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Prosedur penelitian
Pada proses pembuatan uji lengkung (bending ( bending test ) dilakukan dalam ranah peracangan seperti yang digambarkan pada gambar gambar 3.1 dibawah ini :
13
Gambar 3.1 Flow 3.1 Flow Kegiatan Pembuatan Mesin Uji Lengkung 3.2. Perancangan Perancangan dan desain
Pada perancangan alat uji lengkung ini dirancang dengan memanfaatkan beberapa perangkat mekanis yang standar dijual dipasaran dipadukan dengan perangkat hidrolis standar (dongkrak). Berikut adalah tahapan perancangan yang dilakukan penulis dalam melakukan perancangan alat uji lengkung, antara lain : 3.2.1. Tahap 1 : Perencanaan Perencanaan Pembuatan Daftar Tuntutan
Berdasarkan batasan masalah yang telah dibahas sebelumnya, maka didapatkan daftar tuntutan pada perancangan alat uji lengkung untuk memudahkan dalam pertimbangan perancangan. Penulis membagi daftar
14
tuntutan tersebut ke dalam tiga tingkatan prioritas, diantaranya seperti tertera pada tabel sebagai berikut : Tabel 3.1 Daftar Tuntutan Fungsi Alat NO
1
Daftar Tuntutan
Keterangan
Tuntutan utama
a. Pendorong
Dongkrak
botol
dengan
mekanisme
hidrolik. b. Jenis
suaian Sliding
pendorong 2
Tuntutan kedua
a. Dimensi awal mesin
Maksimum 1500 X 1500 X 1500 mm
b. Kapasitas maksimum Maksimum 2 Ton pembebanan c. Skala pengukuran
Pressure gauge gauge (untuk pengukuran tekanan
Outside
dial
indicator
(untuk
pengukuran defleksi) 3
Keinginan / konsep
a. Mudah
dalam
pengujian
Menggunakan
mekanisme
pembacaan
parameter tekanan dan jarak yang mudah dibaca
b. Mudah dipindahkan
Menggunakan material yang ringan
c. Perawatan mudah
Mekanisme simpel dan maintenable
15
3.2.2. Tahap 2 : Konsep Perancangan Desain Awal Mesin
Proses perencanaan alat uji lengkung (bending ( bending test ) dirancang dengan desain awal seperti pada gambar 3.2 dibawah ini.
Gambar 3.2. Desain Awal Alat Uji Lengkung Keterangan gambar : 1
: Base plate
2
: Middle plate
3
: Upper plate
4
: Dongkrak hidrolis
5
: Pressure gauge
6
: Screw adjuster
16
7
: Guide pilar
8
: Lower clamping speciment
9
: Penetration pin
10 : Displacement scale Penentuan Penentuan Titik Kritis Komponen Mesin
Berdasarkan pengamatan pada desain yang telah dibuat, maka dilihat dari segi pembebanan dan pergerakan alat maka penulis menentukan titik kritis dalam perancangan alat uji lengkung ini diantaranya adalah : a. Guide pilar Adalah rangka batang pada bagian penyangga yang menjadi penumpu awal beban dari upper plate. plate. Penulis menggunakan besi pejal dengan material CK 45 sebagai konstruksi awal rangka batang dengan dimensi yang disesuaikan dengan perhitungan konstruksi. b. Midle plate Berfungsi sebagai batang pendorong lower clamping speciment menuju penetration pin. Midle plate plate ini meneruskan tekanan ( pressure) pressure) dari dongkrak hidrolis, maka harus diperhitungkan kekuatan dari bagian ini untuk menentukan dimensi yang aman dan menunjang proses pengujian. Jenis material konstruksi yang digunakan untuk middle plate adalah S45C sebagai ketentuan standar material konstruksi. c. Dongkrak hidrolis Merupakan perangkat standar yang mudah didapatkan di pasaran, dengan ketentuan pemilihan kapasitas dongkrak hidrolis didapatkan dari
17
hasil perhitungan kebutuhan tekanan untuk jenis spesimen yang telah ditentukan. Penentuan kebutuhan tekanan erat kaitannya dengan material properties benda properties benda uji. 3.2.3. Tahap 3 : Fabrikasi
Pada tahap ini setelah gambar kerja terbentuk, maka penulis melanjutkan ke tahapan pembuatan / permesinan / fabrikasi. Adapun secara garis besar proses fabrikasi melibatkan beberapa jenis proses diantaranya : a. Proses milling Digunakan untuk memproses beberapa komponen seperti base plate, plate, midle plate, plate, upper plate, plate, dll b. Proses bubut Proses ini dilakukan pada saat pembuatan penetration pembuatan penetration pin c. Proses bench work Proses ini dilakukan pada beberapa bagian diantaranya :
Proses debur pada bagian sudut plate sudut plate yang yang masih tajam
Proses pengetapan pada plate untuk plate untuk pemasangan baut pencekam pada area guide area guide pilar
Proses pengecatan pada rangka
d. Proses perakitan Proses perakitan dilakukan untuk menggabungkan komponen-komponen alat uji lengkung dengan standard part yang part yang telah tersedia untuk menjadi unit alat uji yang utuh. 3.3. Perhitungan konstruksi
18
3.3.1.
Rumus perhitungan guide guide pi lar lar
Pada guide pilar pembebanan yang terjadi dikarenakan berat dari upper plate yang plate yang harus disangga oleh pilar dimana dimana defleksi yang terjadi pada guide pilar harus seminimal mungkin. Pada kasus ini jenis tumpuan yang terjadi adalah jenis tumpuan jepit-jepit seperti yang terlihat pada gambar 3.3
Gambar 3.3 Tumpuan Jepit bebas pada guide pada guide pilar Adapun urutan rumus yang digunakan untuk menentukan dimensi dari pilar adalah adalah sebagai berikut : a. Perhitungan beban tekuk (Fk)
= × b. Perhitungan momen inersia penampang minimum (I min)
= × c. Menentukan diameter minimum guide minimum guide pilar (Dmin) Untuk menentukan d min pada guide pilar dihitung berdasarkan momen inersia penampang minimum. Adapun bentuk penampang guide pilar adalah lingkaran, sehingga perumusan momen inersia adalah sebagai berikut :
19
Dengan rumus inersia minimum adalah :
= . 3.3.2.
Rumus perhitungan midle plate
Pada midle plate plate pembebanan yang terjadi berasal dari berat lower clamping speciment (W1) dan gaya dorong dari dongkrak hidrolik (FH). Pembebanan ini yang harus dapat ditanggung oleh midle plate dengan nilai defleksi seminimal mungkin seperti yang terlihat pada gambar 3.4.
Gambar 3.4 Pembebanan Pada Middle Pada Middle Plate Maka pada posisi ini dimensi dari midle plate didapatkan melalui langkah perhitungan sebagai berikut : a. Perhitungan inersia midle plate
20
Dengan rumus inersia permukaan segi empat pada midle plate adalah plate adalah :
= . Perhitungan beban total persatuan panjang pada midle plate (w
tot)
Perhitungan pembebanan yang dihasilkan pada midle plate merupakan plate merupakan hasil akumulasi berat komponen yang terdapat pada midle plate ini plate ini seperti yang terlihat pada gambar 3.4. Pembebanan total persatuan panjang dari midle plate didapatkan plate didapatkan dengan rumus sebagai berikut :
= ∑ = (∑ )× c. Perhitungan defleksi maksimum akibat pembebanan merata pada midle plate ( y ymax1) Akibat pembebanan merata pada midle plate plate (w) maka pada batang midle plate tersebut akan terjadi defleksi dengan nilai maksimum sesuai dengan pembebanan yang terjadi. Rumus defleksi maksimum yang terjadi pada midle plate plate akibat pembebanan merata adalah sebagai berikut :
= − .5. Tanda negatif (-) menunjukkan arah defleksi ke bawah
21
d. Perhitungan defleksi yang terjadi dengan gaya maksimum hidrolik (F MH) di tengah Pada midle plate beban plate beban terbesar berasal dari dorongan piston hidrolik yang berasal dari bawah ke atas secara vertikal. Besar gaya yang diberikan disesuaikan dengan kebutuhan gaya untuk melakukan pengujian bending pada spesimen.
Gambar 3.5 Diagram Pembebanan Ditengah Pada Titik A Rumus perhitungan defleksi maksimum pada midle plate akibat pembebanan dari piston hidrolik adalah :
= .. Arah defleksi bernilai positif (+) artinya arah defleksi yang terjadi adalah keatas. e. Perhitungan total defleksi yang terjadi dengan gaya maksimum hidrolik (FMH) di tengah pada midle plate
22
Setelah perhitungan defleksi akibat beban merata dan dan defleksi akibat gaya hidrolik keatas maka dapat ditentukan defleksi maksimum secara total dengan perumusan sebagai berikut :
= + Berdasarkan perhitungan diatas maka dapat dilihat arah dan besar defleksi yang terjadi pada midle plate plate dengan ketentuan y max bernilai negatif jika arah defleksi ke bawah dan y max bernilai positif jika arah defleksi ke atas. 3.3.3.
Rumus perhitungan baut pengikat
Pada konstruksi alat uji bending ini sistem pengikat yang digunakan adalah dengan menggunakan baut pengikat jenis inbush screw / hexagonal socket. Baut socket. Baut pengikat pada titik D menggunakan jenis baut tanam di dua posisi dengan jarak l . Kedua baut ini mendapatkan pembebanan tekan (F t) yang berasal dari midle plate untuk melakukan pengujian spesimen.
Gambar 3.6 Diagram Pembebanan Pada Baut Pengikat Pen gikat
23
Untuk menghitung spesifikasi baut yang dibutuhkan pada konstruksi alat uji tekuk ini dilakukan dengan cara sebagai berikut : a. Menghitung diameter dalam (core (core diameter ) dari rancangan baut
= . .̅. = √ ... b. Menentukan jenis baut pengikat Setelah melakukan perhitungan diameter dalam baut, maka jenis baut dapat ditentukan berdasarkan standar elemen mesin seperti yang tertera pada tabel 3.2 dibawah ini. Tabel 3.2 Daftar Ukuran Mur Baut Standar Major
Effective
Minor or
and
or pitch
core Depth
nominal Pitch
diameter
diameter nut and
diameter (dc) Stress
thread
area
(bolt)
mm2
mm
Designation (mm) Nut and
of
bolt (d p)
Bolt
mm Bolt
Nut
mm
(d=D) mm M4
0.7
4
3.545
3.141 3.242
0.429
8.78
M5
0.8
5
4.48
4.019 4.134
0.491
14.2
M6
1
6
5.35
4.773 4.918
0.613
20.1
M7
1
7
6.35
5.773 5.918
0.613
28.9
24
M8
1.25
8
7.188
6.466
6.47
0.767
36.6
M10
1.5
10
9.026
8.16
8.876
0.92
58.3
M12
1.75
12
10.863
9.85
10.10
1.074
84
M14
2
14
12.701
11.54 11.83
1.227
115
M16
2
16
14.701
13.54 13.83
1.227
157
3.4. Perhitungan Uji Defleksi Pada Spesimen
Setelah mesin uji bending selesai dibuat maka tahapan selanjutnya adalah proses pengujian tekuk pada spesimen yang telah dipersiapkan. Adapun dimensi spesimen yang dibuat disesuaikan dengan dimensi lower clamping speciment . Hasil analisa defleksi pada pengujian tekuk dapat dihitung menggunakan perumusan seperti dibawah ini.
25
Gambar 3.7. Skema Gaya Pada Pengujian Bending Pengujian Bending .
Berdasarkan gambar 3.7 maka untuk menghitung defleksi yang terjadi pada saat pengujian spesimen adalah :
= = = = − = . = ( − ) = ... (4 − 3) = − ..
26
27
