Contoh Perancangan Mekanika Perpatahan - elista:.

Perancangan Mekanika
Perpatahan Elastis Lurus
(Linear Elastic Fracture
Mechanics, LEFM)
Bab 5
Ellyawan Arbintarso
Bentuk-Bentuk Perpatahan

Tiga bentuk mode pembebanan untuk
meretakkan komponen: (a) Mode I, mode
terbuka; (b) Mode II, mode luncuran; (c)
Mode III, mode sobekan.
a
b
Ellyawan Arbintarso
c
2


Untuk beberapa permasalahan rancangan
praktis (mode I murni).
Pertama-tama kita harus menguji bagaimana
mekanika perpatahan elastis lurus (LEFM)
secara efektif digunakan dalam contoh
perancangan,
kemudian
kita
akan
memberikan penyelesaian analitik untuk
beberapa kasus sederhana secara umum
menggunakan tes geometri, diikuti dengan
suatu pengolahan ketangguhan patah dari
bahan teknik yang secara umum digunakan
Ellyawan Arbintarso
3
Filosofi Rancangan Berdasarkan
pada Mekanika Perpatahan Elastis
Lurus

Salah satu prinsip pokok dari
mekanika perpatahan adalah dimana
perpatahan tidak stabil terjadi ketika
Faktor Intensitas Tegangan (FIT)
mencapai suatu nilai kristis KIc,
disebut juga ketangguhan patah
(fracture toughness).
Ellyawan Arbintarso
4
Mekanika Perpatahan Elastis Lurus


KIc menampilkan kemampuan yang melekat
dari suatu bahan untuk menghadapi suatu
intensitas medan stress yang diberikan pada
ujung retakan dan untuk bertahan dari
pertambahan perpanjangan retak tarik.
Sehingga suatu retak akan menjalar
(dibawah mode I murni), kapanpun faktor
intensitas tegangan KI (dimana karakteristik
kekuatan khusus dari permasalahan yang
diberikan) mencapai suatu konstanta bahan
KIc
Ellyawan Arbintarso
5
Mekanika Perpatahan Elastis Lurus

Dengan asumsi mekanika perpatahan
elastis lurus (LEFM), pada titik
pertumbuhan retak yang mulai terjadi:
K Ic     a
(ukuran retak a dalam banyak kasus,
merujuk pada setengah total panjang
retak)
Ellyawan Arbintarso
6
Mekanika Perpatahan Elastis Lurus

Sehingga untuk rancangan suatu
peretakan, atau potensial retak,
struktur, seorang insinyur harus
memutuskan variabel rancangan apa
yang dapat dipilih, sebagai hanya, dua
variabel yang dapat ditetapkan, dan
yang ketiga harus ditentukan.
Ellyawan Arbintarso
7
Mekanika Perpatahan Elastis Lurus

Variabel rancangan adalah:


Sifat bahan: (seperti baja khusus tahan
cairan korosi)  Kc ditentukan.
Tingkat tegangan rancangan: (dimana
mungkin dipengaruhi oleh pertimbangan
berat)   ditentukan.
Ellyawan Arbintarso
8
Faktor Intensitas Tegangan
c
2a
c
W
Gambar 1: Panel Takikan Sisi Tunggal Tarik
(Single Edge Notch Tension, SENT)
Ellyawan Arbintarso
9
Faktor Intensitas Tegangan

Panel Takikan Sisi Tunggal Tarik (SENT)
untuk L/W = 2, gambar. 1
2
3
4

a
a
a
a 
K I  1,12  0,23   10,56   21,74   30,42     a
W 
W 
W 
 W  




Kita meneliti dimana faktor  untuk retak
kecil (a/W << 1) adalah lebih besar dari
pada 1 dan pendekatannya adalah 1,12
Ellyawan Arbintarso
10
Faktor Intensitas Tegangan
c
2a
2a
c
W
Gambar 2: Panel Takikan Sisi Ganda Tarik
(Double Edge Notch Tension, DENT)
Ellyawan Arbintarso
11
Faktor Intensitas Tegangan

Panel Takikan Sisi Ganda Tarik (DENT),
untuk L/W = 2, gambar. 2
2
3

a
a
a 
K I  1,12  0,43   4,79   15,46     a
W 
W 
 W  



Ellyawan Arbintarso
12
Faktor Intensitas Tegangan
2a
W
P
S
B
Gambar 3. Lengkung Tiga Titik (Three Point
Bend, TPB)
Ellyawan Arbintarso
13
Faktor Intensitas Tegangan

Lengkung Tiga Titik (TPB), Gambar. 3
2


a
a 
a
 a 
 a  
3
1,99   1   2,15  3,93  2,7  
W 
W
 W  W 
 W   P.S
KI 
3
3
B
.
W
a 
a

21  2  1  
W  W

Ellyawan Arbintarso
14
Faktor Intensitas Tegangan
Gambar 4. Benda uji Tekan Tarik (Compact
Tension Specimen, CTS)
Ellyawan Arbintarso
15
Faktor Intensitas Tegangan

Benda uji Tekan Tarik (CTS), gambar 4.
mengunakan Standar Metode Tes
ASTM E-399 (399 n.d) untuk
Ketangguhan Patah Bidang Regangan
dari bahan Logam.
2
3
4

a
a
a
a  P
K I  16,7  104,6   370   574   361  
a
B.W
W 
W 
W 
 W   



Ellyawan Arbintarso
16
Faktor Intensitas Tegangan

Kita catat bahwa hal ini tidak
ditemukan persamaan yang tepat
dalam standar ASTM, tetapi
merupakan persamaan yang agak
sama dalam bentuk standar
Ellyawan Arbintarso
17