BAB 1 PENGENALAN 1.1 Latarbelakang Kerusi merupakan sebuah perabot untuk duduk, menyandarkan belakang, meletakkan tangan, dan amnya digunakan oleh seorang sahaja. Kerusi juga mempunyai empat kaki untuk menyokong tempat duduk di atas lantai. Tanpa tempat bersandar dan tempat meletakkan tangan ia dikenali sebagai bangku. Kerusi untuk tempat duduk lebih dari seorang adalah seperti sofa, bangku panjang, settee, couch, loveseat, atau recliner. Kerusi yang terdapat dalam kereta atau panggung wayang turut dipanggil sebagai tempat duduk. Perabot kerusi biasanya boleh digerakkan atau dipindahkan. Tempat bersandar sesebuah kerusi kebiasaannya tidak ditutup sepenuhnya untuk membolehkan pengudaraan. Terdapat juga tempat bersandar kerusi diperbuat daripada bahan yang 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BAB 1
PENGENALAN
1.1 Latarbelakang
Kerusi merupakan sebuah perabot untuk duduk, menyandarkan belakang,
meletakkan tangan, dan amnya digunakan oleh seorang sahaja. Kerusi juga mempunyai
empat kaki untuk menyokong tempat duduk di atas lantai. Tanpa tempat bersandar dan
tempat meletakkan tangan ia dikenali sebagai bangku. Kerusi untuk tempat duduk lebih
dari seorang adalah seperti sofa, bangku panjang, settee, couch, loveseat, atau recliner.
Kerusi yang terdapat dalam kereta atau panggung wayang turut dipanggil sebagai tempat
duduk. Perabot kerusi biasanya boleh digerakkan atau dipindahkan. Tempat bersandar
sesebuah kerusi kebiasaannya tidak ditutup sepenuhnya untuk membolehkan
pengudaraan. Terdapat juga tempat bersandar kerusi diperbuat daripada bahan yang
berongga-rongga atau terdapat lubang untuk tujuan perhiasan dan pengudaraan.
Seperti yang sedia kita maklum, kerusi mempunyai kegunaannya yang tersendiri
dan mengikut kesesuaian yang ditetapkan. Contohnya kerusi di perhentian bas, kerusi di
kedai makan, kerusi di perpustakaan, kerusi di sekolah, kerusi di majlis, dan sebagainya
mempunyai kegunaan yang berlainan. Kerusi tersebut haruslah digunakan ditempat yang
sesuai dengan tempat, situasi, atau acara untuk tujuan keselesaan pengguna.
1
1.2 Pernyataan Masalah
Daripada pemerhatian yang dilakukan terdapat banyak kerusi kegunaan pelajar di
bilik-bilik kuliah yang telah rosak. Oleh itu, kajian ini dijalankan bagi mengenalpasti
punca-punca kegagalan dan mencadangkan penambahbaikan ke atas struktur kerusi
tersebut.
1.3 Objektif Kajian
Objektif bagi kajian ini adalah untuk menyiasat kegagalan yang berlaku pada
struktur kerusi kegunaan pelajar di UTeM dan mencadangkan penambahbaikan.
1.4 Skop Kajian
1. Mengkaji struktur kerusi kegunaan pelajar di UTeM.
2. Mengenalpasti bahagian yang kritikal pada kerusi apabila dikenakan beban.
3. Melakukan analisis kegagalan statik secara teori.
4. Melakukan analisis kegagalan statik dengan menggunakan perisian MSC
NASTRAN/PATRAN.
5. Melakukan analisis kegagalan lesu pada komponen kerusi yang berkaitan.
6. Analisis keputusan dan kesimpulan.
2
1.5 Kepentingan Kajian
Kajian ini akan dapat memperluaskan lagi pemahaman terhadap struktur sebuah
kerusi dan bagaimana nilai kekuatan yang diperolehi boleh dinilai ketepatannya. Selain
itu, kajian ini dapat menilai jangka hayat kerusi apabila beban dikenakan berkali-kali.
Perbezaan hasil ujian yang didapati boleh difahami dengan jelas puncanya dengan
menenalpasti titik genting kegagalan pada kerusi tersebut.
3
BAB 2
KAJIAN ILMIAH
STRUKTUR KERUSI
2.1 Pengenalan
Dalam kajian ilmiah ini membincangkan tentang kekuatan bahan kerusi yang
digunakan dan faktor-faktor yang mempengaruhi kegagalan kerusi pelajar. Pemahaman
mengenai sifat kekuatan pada bahan kerusi akan memudahkan bagi menganalisis
kegagalan struktur kerusi secara statik. Manakala pemahaman bagi faktor-faktor yang
mempengaruhi kegagalan kerusi pelajar pula akan membolehkan kita membuat
anggapan di mana titik genting kegagalan pada sesebuah kerusi. Di dalam bab ini juga,
semua aspek menjadi maklumat yang berguna harus dikaji dan diselidiki. Pelbagai
maklumat dan aspek harus dikumpulkan bagi memulakan sesuatu analisis.
Maklumat-maklumat mengenai kajian berkenaan syarikat-syarikat pengeluar
kerusi pelajar dan tesis PSM diperolehi melalui sistem komputer iaitu internet
sepenuhnya. Di samping itu maklumat-maklumat tersebut turut diperolehi daripada
Pejabat Pembangunan UTeM dan perpustakaan UTeM bagi mendapatkan sumber
rujukan mengenai kerusi pelajar yang tersedia ada dan buku-buku rujukan dan jurnal
yang berkaitan bagi sokongan kajian ini.
4
2.2 Definasi kerusi
Menurut Kamus Dewan, kerusi didefinisikan sebagai tempat duduk yang
mempunyai kaki dan tempat bersandar (dan biasanya juga mempunyai tempat
meletakkan tangan). Manakala menurut MACMILLAN English Dictionary, kerusi
didefinisikan sebagai sebuah perabot bagi seseorang untuk duduk, dengan tempat
bersandar, kaki, dan kadangkala dengan dua tempat meletakkan tangan.
2.3 Jenis-Jenis Kerusi
Terdapat pelbagai jenis struktur kerusi untuk kegunaan pelajar di UTeM. Berikut
adalah jenis-jenis kerusi pelajar:-
a) Kerusi pelajar dengan meja
Spesifikasi : a) Mempunyai meja jenis papan serpihan (chip board)
b) Berwarna biru gelap
c) Diperbuat daripada plastik (polypropylene)
5
d)Bingkai kerusi diperbuat daripada keluli lembut jenis geronggang
b) Kerusi pelajar dengan meja
Spesifikasi: a) Diperbuat daripada plastik (polypropylene)
b) Berwarna kuning cair
c)Bingkai kerusi diperbuat daripada keluli lembut jenis geronggang
d) Mempunyai meja jenis papan serpihan (chip board)
c) Kerusi pelajar dengan meja
Spesifikasi: a) Diperbuat daripada plastik (polypropylene)
6
b) Berwarna biru cair
c) Bingkai kerusi diperbuat daripada keluli lembut jenis geronggang
d) Mempunyai meja jenis papan serpihan (chip board)
d) Kerusi pelajar dengan meja
Spesifikasi: a) Diperbuat daripada plastik (polypropylene)
b) Berwarna biru gelap
c) Mempunyai meja jenis papan serpihan (chip board)
d) Bingkai kerusi diperbuat daripada keluli lembut jenis geronggang
e) Kerusi Menunggu
7
Spesifikasi: a) Terdapat tiga kerusi tersedia
b) Diperbuat daripada bahan plastik(polypropylene)
c) Mempunyai meja jenis papan serpihan (chip board)
d) Berwarna biru gelap
2.4 Statistik Kerosakan
Berikut merupakan statistik kerosakan kerusi pelajar di UTeM:-
Jadual 2.1: Statistik kerosakan kerusi di UTeM
Tempat Bilangan
Kerosakan
Jenis Kerosakan
1 - Engsel pada meja kerusi tercabut
8
Bilik Taklimat 1 14
2 Bilik Taklimat 2 44
-Engsel pada meja kerusi tercabut
3 Bilik Kuliah 2 1 - Kerosakan pada kaki kerusi
9
4
Makmal
Measurement &
Instrumentation
2
- Kerosakan pada kaki kerusi
i)
ii)
10
Berdasarkan statistik kerosakan kerusi pelajar di atas kebanyakkan jenis
kerosakan adalah pada engsel meja dan juga pada bingkai kaki kerusi. Di mana engsel
pada meja yang tercabut dan bingkai kaki kerusi yang patah terutama yang berdekatan
dengan sambungan yang dikimpal. Antara punca yang menyebabkan jenis kerosakan ini
mungkin adalah disebabkan oleh perbuatan pelajar itu sendiri contohnya perbuatan
vandalisme. Selain itu, penggunaan yang terlalu kerap dan digunakan dalam tempoh
yang lama turut menjadi punca berlakunya kerosakan terutamanya pada kerusi yang
telah karat pada bahagian tertentu.
Oleh kerana skop kajian yang dijalankan hanya tertumpu kepda kerosakan secara
mekanikal atau yang disebabkan oleh kegagalan lesu maka kerusi yang dikaji adalah
pada jenis kerosakan di mana bingkai kaki kerusi yang patah. Maka struktur kerusi yang
akan dikaji adalah jenis kerusi pelajar dengan meja.
11
2.5 Struktur dan Komponen Kerusi
Berikut merupakan spesifikasi kerusi yang dikaji:-
Rajah 2.1: Spesifikasi kerusi yang dikaji
12
Rangka badan
Tempat Duduk
Meja tulis
2.6 Ciri-ciri Bahan Kerusi yang Dikaji
Jadual berkala terdapat 103 unsur-unsur. Bagaimanapun, satu jumlah bahan-
bahan yang besar adalah mungkin apabila ini digabungkan dalam pelbagai pecahan-
pecahan sebagai sebatian-sebatian. Banyak usaha ahli-ahli sains bahan dan jurutera
menumpukan bagi mendapatkan resepi-resepi khususnya daripada hasil sebatian-
sebatian itu dengan struktur molekul, sehingga mengakibatkan satu profil yang dipanggil
ciri-ciri. Bahan-bahan kerusi yang dikaji meliputi termoplastik, besi lembut, dan papan
serpihan.
2.6.1 Termoplastik (polypropylene)
Polimer termoplastik adalah bahan yang boleh dilembutkan menerusi pemanasan
dan dikeraskan menerusi penyejukkan secara berulang kali. Termoplastik merupakan
bahan yang fleksibel, penebat suhu dan elektrik, tahan impak, ringan, sensitif pada suhu,
lembut, dan tahan kakisan. Bahan ini juga kukuh dari ciri-ciri mekanikalnya iaitu
mempunyai kekuatan alah (32MN/m²), modulus kekenyalan (3300 MN/m²), mudah
dibentuk dengan menggunakan proses penyuntikan plastik dengan takat lebur (88ºC).
Apabila terdapat ikatan silang yang pesat, polimer menjadi tegar dan tidak boleh
dibentuk bila dihabakan. Komponen dalam kerusi bagi bahan ini adalah tempat duduk
kerusi.
13
2.6.2 Besi lembut (mild steel)
Besi lembut adalah bentuk besi yang paling umum dan harganya adalah murah dan
ia menyediakan ciri-ciri bahan yang boleh diterima dalam pelbagai aplikasi.Besi lembut
mempunyai kandungan karbon yang rendah (lebih 0.3%) dan ianya bukan terlalu rapuh
atau mulur. Ia mudah dibentuk apabila dipanaskan, maka ia boleh ditempa. Ianya juga
selalu digunakan di mana kuantiti besi yang besar perlu dibentuk, contohnya seperti
struktur besi. Density bagi besi ini ialah 7,861.093 kg/m³ (0.284 lb/in³), kekuatan
tegangan adalah maksimum 500Mpa (72.500 psi) dengan modulus Young 210 Gpa.
2.6.3 Papan serpihan (chip board)
Papan serpihan atau chipboard produk papan kejuruteraan dikeluarkan dari
kilang partikel kayu, seperti serpihan-serpihan kayu, pengetaman kilang papan, atau juga
abuk gergaji, dan resin sintetik atau ikatan sesuai yang lain yang ditekan dan
dilemparkan. Papan serpihan merupakan jenis fiberboard, sejenis bahan komposit,
namun ianya diperbuat daripada kepingan papan yang besar daripada medium-density
fiberboard dan papan keras.
14
BAB 3
KAJIAN ILMIAH
ANALISIS KEGAGALAN
3.1 Pengenalan
Definisi kegagalan adalah mana-mana perubahan pada bahagian mesin yang
membuatkan ia tidak dapat menunjukkan fungsi tersendiri. Seperti yang diketahui,
terdapat dua jenis kegagalan iaitu kegagalan statik dan kegagalan lesu. Kajian ini hanya
tertumpu kepada dua jenis kegagalan tersebut. Kebiasaannya kriteria kekuatan alah
digunakan untuk bahan-bahan mulur. Teori kegagalan mulur adalah berdasarkan alah
(yield).
3.2 Kegagalan Statik
Kegalan statik disebabkan oleh tindakan beban pegun atau beban yang bertindak
sekali sehingga sesuatu komponen gagal seperti ujian tegangan. Tegangan yang melebihi
kekuatan sesuatu bahan menyebabkan bahagian tersebuat gagal.
15
Rajah 3.1: Gambar rajah tegasan-terikan bagi keluli struktur biasa dalam
tegangan tidak mengikut skala
(Sumber: Gere, M.G. dan Timoshenko, S. P. (1997))
3.2.1 Teori Kegagalan Statik
Antara teori-teori yang digunakan untuk kegagalan :
a) Teori tegasan normal maksimum untuk bahan rapuh
Kegagalan berlaku pada suatu anggota yang dikenakan dengan gabungan
daya apabila tegasan utama yang terhasil melebihi nilai tagasan alah sesuatu
bahan.
σ1 > σ2σ3 gagal apabila σ1 = σy σy: Daya alah
16
b) Teori tegasan ricih maksimum
Kegagalan berlaku apabila tegangan ricih maksimum mengalami anggota
mencapai tahap daya yang terhasil pada bahan apabila ia gagal dalam ujikaji
tegangan mudah.
σy: Daya alah
Structural component is safe as long as the maximum shearing stress is less than
the maximum shearing stress in a tensile test at yield, i.e.,
c) Distortion Ernergy Theory Teori tenaga herotan ( Teori Von Mises) untuk
bahan mulur
Biaxial
Structural component is safe as long as the distortion energy per unit
volume is less than that occurring in a tensile test specimen at yield.
3.2.2 Contoh- Contoh Kegagalan Statik
17
Antara contoh yang membawa kepada kegagalan statik adalah apabila
sesuatu mesin digunakan melebihi had yang telah ditetapkan. Contohnya pada
sebuah lif. Sistem pada lif telah menetapkan jumlah berat penumpang yang
mampu ditampung. Namun sekiranya ianya melebihi had tampung, lif akan
rosak.
Selain itu kegagalan statik pada sebuah kren turut boleh berlaku sekiranya beban
yang dikenakan pada pemberat melebihi had kekuatan alah pada tali kren tersebut, dan
menyebabkan tali pada kren putus.
3.3 Kelesuan
Kelesuan adalah satu bentuk kegagalan yang berlaku pada struktur yang
dikenakan atau mengalami tegasan dinamik dan turun-naik (contoh: jambatan,
kapalterbang, dan komponen mesin). Di bawah keadaan sedemikian adalah mungkin
kegagalan berlaku pada tahap tegasan yang lebih rendah dari kekuatan tegangan atau
kekuatan alah untuk beban statik. Sebutan “lesu” digunakan adalah kerana kegagalan
jenis ini biasanya berlaku selepas bahan mengalami kitaran tegasan atau terikan yang
berulang-ulang pada jangka masa yang panjang. Kelesuan adalah penting kerana ia
adalah penyebab utama yang terbesar kegagalan dalam logam, dianggarkan sumbangan
kelesuan adalah 90% dalam semua kegagalan logam; polimer dan seramik juga boleh
mengalami kegagalan jenis ini. Kelesuan adalah sejenis kegagalan yang merbahaya dan
tersembunyi yang berlaku secara tiba-tiba tanpa sebarang amaran (Aziz A. dan Bahrin S.
(1999)).
18
Kegagalan lesu adalah keupayaan satu bahan untuk menjalani beberapa kitaran
beban (load cycle) tanpa pematahan. Pengukuran kegagalan lesu adalah had ketahanan,
di mana tekanan pada keluli patah apabila dikenakan ribuan atau jutaan kali beban.
Menurut Smith dan Hashemi (2006), kegagalan lesu juga adalah kegagalan yang
berlaku apabila spesimen yang mengalami retak lesu dalam dua bahagian atau ternyata
dikurangkan dalam kekuatan.
Kegagalan lesu mempunyai tabii kegagalan rapuh walupun dalam logam yang
biasanya mulur kerana tiada atau jika ada, amat sedikit ubah bentuk plastik yang besar
berkaitan dengan kegagalan jenis ini. Proses kelesuan berlaku dengan permulaan retak-
lesu dan diikuti oleh perambatan retak-lesu, dan biasanya permukaan patah adalah
serenjang kepada arah tegasan tegangan yang dikenakan.
3.3.1 Gambar Rajah S-N
Seperti sifat mekanik, sifat lesu bahan boleh ditentukan dari ujian simulasi
makmal. Ujian tersebut perlu direka supaya ia menyerupai sehampir mungkin keadaan
tegasan perkhidmatan yang akan dihadapi bahan berkenaan dari segi tahap tegasan,
frekuensi masa, corak tegasan, dan sebagainya. Satu gambar rajah skema untuk ujian
putar-lentur yang biasa digunakan untuk ujian lesu ditunjukkan dalam rajah di bawah;
tegasan mampat dan tegangan dibebankan serentak semasa ia dilentur dan diputar. Ujian
juga kerapkali dijalankan menggunakan kitar tegasan tegangan-mampatan ekapaksi
berselang-seli (Aziz, A. dan Bahrin, S. (1999)).
Plot bagi Tegasan(S) lawan nombor kitar (N) diperlukan untuk menyebabkan
kegagalan bagi spesimen dalam ujikaji lesu. Data bagi setiap lengkung pada gambar
rajah S-N diperolehi dengan menetapkan jangka hayat lesu (fatigue life) bagi spesimen
tertakluk kepada pelbagai jumlah turun naik tegasan. Paksi tegasan tersebut boleh
19
mewakili amplitud tegasan, maksimum tegasan atau minimum tegasan. Satu skala log
hampir kerap digunakan bagi skala N dan kadangkala pada skala S.
(a)
(b)
Rajah 3.2: Amplitud tegasan (S) melawan logaritma bilangan kitar ke gagal lesu
(N) untuk (a) bahan yang mempamerkan had lesu (b) bahan yang
tidak mempamerkan had lesu
20
(Sumber: Aziz, A. dan Bahrin, S. (1999))
Kekuatan lesu (Sf) bermula apabila nilai Sut pada N=0 dan menurun secara
logaritma dengan peningkatan kitar.
Dalam sestengah bahan pada kitar 106 – 107, gambar rajah S-N dalam plateaus
dan kekuatan lesu seterusnya menjadi tetap. Plateau ini dikenali sebagai limit daya tahan
(Se) dan sangat penting kerana tegangan di bawah limit ini akan menyebabkannya dikitar
tanpa menyebabkan kegagalan lesu.
Kekuatan lesu atau limit daya tahan (Se) selalunya diambilkira melalui ujikaji
bahan standard (contohnya, ujikaji rasuk berputar).Namun, ianya haruslah diubahsuai
untuk mengambilkira perbezaan fizikal dan suasana di antara ujikaji bahan kerja dan