Laporan Praktikum Laboratorium Teknik Material 1 Modul D Uji Bending Oleh : Nama
: Dimas Palgunadi
NIM
: 13711058
Kelompok
:3
Anggota (NIM)
: - Rieza Pahlawan
( 13711005 )
- Hakim Ginanjar
( 13711040 )
- Merdiva Agung Saputra
( 13711057 )
Tanggal Praktikum
: 21 Maret 2013
Tanggal Penyerahan Laporan
: 25 Maret 2013
Nama Asisten (NIM)
: Agung Sriwongo ( 13709004)
Laboratorium Teknik Metalurgi dan Teknik Material Program Studi Teknik Material Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung 2013
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sebagian material yang ada bukan hanya mengalami beban tarik atau tekan saja, namun kombinasi dari keduanya. Kombinasi dari beban tekan dan tarik merupakan beban bending (tekukan). Beban jenis ini terdiri dari direct stress, transverse shear, serta torsional shear. Pengujian untuk beban bending akan mendapatkan kekuatan lentur dan kekakuan dari material tersebut. Pada percobaan ini dilakukan uji three point bending, yaitu pemberian beban pada tiga sumbu.
1.2 Tujuan Praktikum - Menentukan kekuatan lentur (flexural strength) material. - Menentukan modulus elastisitas material. - Mengetahui distribusi momen dan tegangan ketika terjadi pembebanan.
BAB II TEORI DASAR Pada pengujian kekuatan lentur dan kekerasan dilakukan dengan pemberian beban pada material sehingga secara bersamaan mulai terbentuk tegangan tarik, tekan, dan geser. Beban tersebut akan maksimum pada permukaan spesimen, serta bernilai nol pada neutral axis-nya. Secara umum pengujian dilakukan dengan menggunakan dua tipe pembebanan, yakni: 3 point bending dan 4 point bending. Berikut ini merupakan skema pengujian keduanya beserta diagram gaya geser serta momen lenturnya.
Saat material diberi beban pada daerah elastis, maka akan timbul tegangan pada penampang melintang sebagai akibat dari momen lentur. ζ = tegangan normal MB = momen lentur di penampang melintang yang ditinjau c = jarak dari neutral axis ke elemen yang ditinjau I = momen inersia penampang Bila spesimen uji merupakan spesimen berpenampang segiempat, maka tegangan
normal maksimum terjadi saat MB = (PL/4) dengan c = h/2 dan I = (bh3/12). Maka persamaan tegangan normal maksimumnya: P = beban yang bekerja L = panjang spesimen b = lebar spesimen h = tebal spesimen Pemberian beban tersebut mengakibatkan defleksi pada daerah elastis penampang. Persamaan defleksi adalah:
Persamaan defleksi tersebut dapat digunakan untuk menentukan nilai E (modulus elastisitas). Kurva hasil pengujian menunjukkan nilai P (beban yang bekerja) terhadap δ (defleksi):
Maka diperoleh gradien y = Ax + B. Nilai A merupakan P/ δ. Persamaan dimodifikasi sehingga diperoleh:
Diasumsikan y =
dengan A =
E = modulus elastisitas bahan spesimen L = panjang spesimen I = momen inersia penampang Keakuratan dari nilai modulus elastisitas tersebut bergantung pada orientasi spesimen terhadap arah pengerolan, besar butir, tegangan sisa, sejarah
regangan sebelumnya, persiapan spesimen dan dimensinya, orientasi butir terdeformasi terhadap arah tegangan normal, serta kondisi pengujian (temperatur, peralatan, dan standarisasi).
BAB III DATA PERCOBAAN 3.1 Data Percobaan Material
= ST - 37
Panjang Spesimen (l) = 305 mm Lebar Spesimen (b)
= 19,3 mm
Tebal Spesimen (h)
= 19,0 mm
Kekerasan Awal
= 6 HRa
Kekerasan Akhir
= 12 HRa
Jarak Tumpuan
= 150 mm
Diameter Penumpu
= 30 mm
Beban Maksimum
= 27000 N
Mesin Uji
= Tarno Grocki
Defleksimeter
= Mitutayo
No.
Beban (N)
Defleksi (mm)
1.
1000
0,06
2.
2000
0,11
3.
3000
0,15
4.
4000
0,19
5.
5000
0,26
6.
6000
0,29
7.
7000
0,32
8.
8000
0,37
9.
9000
0,41
10.
10000
0,45
11.
11000
0,49
12.
12000
0,54
13.
13000
0,61
14.
14000
0,74
Gambar spesimen hasil percobaan:
3.2 Pengolahan Data
Kurva P terhadap δ 18000 y = 20945x + 34.723 R² = 0.9809
16000 14000 Beban (N)
12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0
0.1
0.2
0.3
0.4 Deflrksi (mm)
Melalui regresi linier, diperoleh y = A x + B y = 20945x + 34,72 Momen inersia penampang:
0.5
0.6
0.7
0.8
I = 11031,5583 mm4 Kekuatan lentur :
ζ = 0,8719 GPa Modulus elastisitas percobaan: δ
δ
Modulus elastisitas literatur ST 37: E = 205 GPa
BAB IV ANALISIS DATA 4.1 Analisis Uji bending dilaksanakan dengan pemberian beban pada spesimen baik dengan prinsip 3-point bending maupun 4-point bending. Pada 3-point bending momen maksimum hanya terbentuk pada satu titik, yaitu pada titik pemberian beban uji. Namun pada 4-point bending, momen maksimum terbentuk sepanjang jarak antara titik pembebanan satu dengan titik pembebanan yang lain. Dengan demikian pengujian yang lebih baik adalah dengan prinsip 4-point bending karena daerah pengujian lebih panjang sehingga lebih mudah diamati. Kekurangan dari prinsip 3-point bending
adalah titik yang diuji defleksinya belum tentu
merupakan titik dimana momennya meksimum. Namun pada percobaan kali ini digunakan prinsip 3-point bending. Spesimen yang digunakan dalam percobaan ini adalah ST – 37. Setelah pengujian, spesimen menekuk (mengalami deformasi plastis) tanpa ada retakan dan tidak patah. Tebal dari mengalami perbedaan, dimana tebal didalam tekukan (daerah tekanan) menjadi lebih gendut dibanding tebal di luar tekukan (daerah terikan). Fenomena tersebut diakibatkan karena sentroid spesimen turun pada titik pembebanan. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa spesimen uji bersifat ulet. 4.2 Interpretasi Data Percobaan Sebelum melakukan pengujian bending, dilakukan uji kekerasan terlebih dahulu. Didapat kekerasan spesimen sebelum uji bending adalah sebedar 6 HRA. Kemudian kekerasa spesimen setelah uji bending adalah sebesar 12 HRA. Terdapat peningkatan kekerasan setelah pemberian beban bending. Peningkatan tersebut diakibatkan oleh adanya dislokasi butir pada daerah deformasi plastis, serta adanya residual stress (tegangan dari pembebanan bending terserap sebagian oleh spesimen) sehingga akan menyebabkan material mengalami strain hardening dan kekerasannya pun bertambah.
Dari percobaan didapat data beban (N) dan defleksi (mm). Data diregresi sehingga diperoleh nilai tan
. Nilai tersebut digunakan untuk mencari nilai
modulus elastisitas (E) dari spesimen. Untuk mencari nilai momen inersia digunakan data tebal spesimen dan lebar spesimen. Kemudian kekuatan lentur dapat dihitung dari data jarak tumpuan, beban maksimum, serta nilai momen inersia yang diperoleh sebelumnya. Modulus elastisitas hanya berlaku pada daerah elastisitas material. Nilai E hasil percobaan adalah 133,4984 GPa sementara nilai modulus elastisitas ST-37 literatur adalah 205 GPa. Terdapat perbedaan nilai modulus elastisitas yang cukup besar. Hal ini desebabakan oleh kesalahan prosedur praktikum. Yaitu pada saat menempatkan defleksimeter pada spesimen kurang tepat (tidak tepat pada titik pembebanan), atau kesalahan dalam pembacaan nilai defleksi pada alat karena pembacaan dilakukan secara manual dan cepat.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan - Kekuatan lentur (flexural strength) spesimen adalah 0,8719 GPa. - Modulus elastisitas material hasil percobaan adalah 133,4984 GPa. - Distribusi momen pada uji 3-point bending adalah berbentuk segitiga dimana nilai maksimum terdapat pada titik pembebanan.
5.2 Saran Sebaiknya percobaan dilakukan dengan lebih teliti, terutama pada saat pembacaan nilai defleksi agar nilai modulus elastisitas serta kekuatan lentur yang diperoleh mendekati literatur. Sebisamungkin menempatkan defleksimeter tepat pada titik pembebanan.
DAFTAR PUSTAKA Callister, William D. 2003. Materials and Science Engineering An Introduction. 6th edition. New York: John Wiley & Sons, Inc. p. 485-490. Dieter, G. E. 1988. Mechanical Metallurgy. SI Metric Edition. UK: Mc Graw-Hill Book Co. p. 3-16. Hibbeler, R. C. 2011. Mechanics of Materials. 8th edition. USA: Pearson Prentice Hall. p. 179 - 239.
LAMPIRAN Tugas Setelah Praktikum 1. Buat kurva antara P - δ dari data uji lentur, dengan menggunakan persamaan garis regresi linier. 2. Hitung harga Flexural Strength dan Modulus Elastisitas dengan menggunakan kurva tersebut. 3. Bandingkan harga Modulus Elastisitas yang diperoleh dari literatur dan percobaan, bila ada perbedaan jelaskan mengapa hal itu bisa terjadi! 4. Bandingkan keadaan kekerasan akhir (setelah diuji bending pada daerah yang terdeformasi plastis) dengan kekerasan awal (sebelum diuji bending) dan jelaskan. Jawab: 1. Kurva P - δ dari data percobaan:
Kurva P terhadap δ 18000 y = 20945x + 34.723 R² = 0.9809
16000 14000 Beban (N)
12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0
0.1
0.2
0.3
0.4 Deflrksi (mm)
2. Kekuatan lentur :
0.5
0.6
0.7
0.8
ζ = 0,8719 GPa Modulus elastisitas percobaan: δ
δ
3. Modulus elastisitas hanya berlaku pada daerah elastisitas material. Nilai E hasil percobaan adalah 133,4984 GPa sementara nilai modulus elastisitas ST-37 literatur adalah 205 GPa. Terdapat perbedaan nilai modulus elastisitas yang cukup besar. Hal ini desebabakan oleh kesalahan prosedur praktikum. Yaitu pada saat menempatkan defleksimeter pada spesimen kurang tepat (tidak tepat pada titik pembebanan), atau kesalahan dalam pembacaan nilai defleksi pada alat karena pembacaan dilakukan secara manual dan cepat. 4. Didapat kekerasan spesimen sebelum uji bending adalah sebedar 6 HRA. Kemudian kekerasa spesimen setelah uji bending adalah sebesar 12 HRA. Terdapat peningkatan kekerasan setelah pemberian beban bending. Peningkatan tersebut diakibatkan oleh adanya dislokasi butir pada daerah deformasi plastis, serta adanya residual stress (tegangan dari pembebanan bending terserap sebagian oleh spesimen) sehingga akan menyebabkan material mengalami strain hardening dan kekerasannya pun bertambah.
Tugas Tambahan 1. Cari uji dinamis untuk elastisitas. Jawab: Uji dinamis untuk menentukan modulus elastisitas dari material adalah dengan metoda vibrasi. Metoda tersebut meliputi metoda frekuensi resonansi dan metoda perambatan gelombang suara didalam suatu bahan. Perubahan sifat mekanik material dapat ditentukan dengna mengukur frekuensi resonansi (memenfaatkan getaran) dari spesimen uji.
Terdapat persamaan untuk kecepatan rambat pada bidang solid:
√
√
Sehingga dapat disimpulkan bahwa
√
dengan k merupakan faktor pengali yang berubah sesuai jenis getaran. Dari kedua persamaan diatas:
√
Modulus elastisitas dapat dicari dengan mengetahui frekuensi rambat gelombang pada spesimen dan masa jenis dari spesimen tersebut. Metoda vibrasi ini cenderung lebih tepat dibanding dengan uji statis (uji bending, uji tarik, uji keras, dll) karena bersifat lebih mikroskopis (berhubungan dengan atom dari molekul spesimen), sehingga terdapat eror atau kesalahan yang lebih sedikit.
2. Rangkuman modulus elastisitas. Jawab: Menurut hukum Hooke, modulus elastisitas (E) merupakan nilai konstan dari perbandingan tegangan (ζ) dengan regangan (ε). ⁄ ⁄ Deformasi dengan nilai tegangan dan regangan sebanding biasa disebut dengan deformasi elastis. Modulus tersebut sering juga dikenal sebagai kekakuan dari material. Semakin besar modulus elastisitas maka semakin kaku material tersebut. Pada skala atomik, regangan elastisitas mikroskopis merupakan perubahan kecil pada jarak antar atom dan kekuatan ikatan antar atom. Semakin jauh jarak antar atom maka modulus elastisitasnya semakin kecil dan mengakibatkan sifatnya semakin lentur. Lentur disini berarti mempunyai kamungkinan untuk menambah jarak/merenggang antar atom tanpa memutuskan ikatan (patah/gagal) bila diberi gaya persatuan luas (tegangan).
⁄ ⁄
3. Perbedaan pembebanan tekan dan tarik.
4. Nick Bending.
