Laporan Praktikum Laboratorium Teknik Material 1 Modul C Uji Puntir Oleh : Kelompok :9 Anggota (NIM) : Jonathan RMS (13108057) Isra Hadi (13108059) Alfian Sulthoni (13108061) Andi Mochammad AIM (13108067) Edo Prawiratama (13108074) Tony Kosasih (13108094) Suselo Suluhito (13108095) Tanggal Praktikum : 4 Mei 2010 Nama Asisten (NIM) : Annisa Paramastuti (13707023) Tanggal Pengesahan : 6 Mei 2010 Laboratorium Metalurgi Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung 2010
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
Laporan Praktikum
Laboratorium Teknik Material 1
Modul C Uji Puntir
Oleh :
Kelompok : 9
Anggota (NIM) : Jonathan RMS (13108057)
Isra Hadi (13108059)
Alfian Sulthoni (13108061)
Andi Mochammad AIM (13108067)
Edo Prawiratama (13108074)
Tony Kosasih (13108094)
Suselo Suluhito (13108095)
Tanggal Praktikum : 4 Mei 2010
Nama Asisten (NIM) : Annisa Paramastuti (13707023)
Tanggal Pengesahan : 6 Mei 2010
Laboratorium Metalurgi
Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara
Institut Teknologi Bandung
2010
BAB IPENDAHULUAN
Latar Belakang
Tegangan geser terjadi secara parallel pada bidang material, berbeda dengan tegangan
normal yang tegak lurus dengan bidang. Kondisi tegangan geser dapat terjadi dengan
melakukan geseran secara langsung(direct shear) dan tegangan punter (torsional Stress).
Fenomena geseran secara langsung dapat dilihat pada saat kita menancapkan paku ke
balok kayu. Pada setiap permukaan di paku dan kayu yang pbersinggung langsung dengan
paku akan mengalami geseran secara langsung. Sedangkan fenomena tegangan puntiran,
dapat terjadi apabila suatu specimen mengalami momen torsi. Dengan adanya tegangan
geser, maka respon yang diterima oleh material pun berbeda.
Tujuan Praktikum
Tujuan dari uji puntir adalah:
1. Mengetahui standard an prosedur Uji Puntir
2. Mengetahui pengaruh tegangan geser terhadap sifat mekanik material
3. Mampu menghitung besaran-besaran sifat mekanik material dari Uji Puntir
4. Memahami mekanisme terbentuknya patahan material oleh tegangan geser
BAB II
Teori Dasar
Pengujian puntir menggunakan alat uji puntir (dalam percobaan, mesin uji yang
digunakan adalah Tarno Grocki) yang dihubungkan ke komputer. Mesin uji ini terdiri dari
beberapa bagian, yang pertama adalah twisting-head, yang berfungsi untuk mencengkram
ujung spesimen dan memberi momen torsi kepada spesimen tersebut. Yang kedua adalah
weighting-head. Fungsi dari weighting-head ini adalah mencengkram ujung spesimen yang
lain, dan mengukur momen torsi. Deformasi yang terjadi pada spesimen terukur pada sebuah
alat yang bernama troptometer.
Spesimen yang digunakan dalam uji puntir adalah Baja ST37.
Rumus yang berlaku di uji Puntir adalah :
Tegangan geser Regangan geser
J
rT.
L
r..
Untuk momen inersia polar (J), rumusnya adalah :
32
. 4DJ
Dari data yang didapat dari percobaan, yaitu momen torsi dan jumlah putaran hingga
spesimen patah, diolah dalam beberapa tahap hingga kita dapatkan data momen torsi terhadap
sudut puntir. Kedua data ini kita plot dalam kurva, sehingga akan terbentuk kurva sebagai
berikut :
Disamping ini adalah kurva momen puntir terhadap sudut
puntir. Rumus tegangan geser diatas, dapat diterapkan untuk
mencari tegangan geser pada daerah elastis. Untuk daerah
plastis, rumus ini tidak berlaku, karena hubungan momen
puntir dengan sudut puntir sudah tidak linear lagi. Untuk
dapat mengetahui tegangan geser pada daerah plastis, salah satu cara yang digunakan adalah
dengan menggunakan rumus :
)3(..2
13
CDBCaa
r'.
L
'dimana
Agar lebih jelas, penggunaan rumus ini diterapkan dalam kurva momen puntir vs
sudut puntir per satuan panjang.
Sifat-sifat mekanik dari uji puntir
Sifat mekanik adalah respon material terhadap pembebanan yang dilakukan pada material
tersebut. Pada uji puntir, akan didapat sifat-sifat mekanik antara lain Modulus Elastisitas
Geser, Modulus of Rupture, dan Kekuatan Luluh Puntir (Torsional Yield Strength).
Modulus Elastisitas Geser (G)
Modulus Elastisitas Geser menunjukkan ukuran kekakuan dari suatu material pada daerah
elastisnya. Dalam pengujian puntir, harga Modulus Elastisitas Geser (G) didapatkan melalui
perbandinga tegangan geser (τ) dengan regangan geser (γ) yang terjadi pada daerah
elastisnya.
.
.
J
LTG
Keterangan :
G : Modulus Elastisitas Geser T : Momen torsi
τ : Tegangan geser L : Panjang spesimen
γ : Regangan geser J : Momen inersia polar
θ : Sudut puntir
Modulus of Rupture
Yang dimaksud dengan Modulus of Rupture adalah tegangan geser maksimum akibat
beban puntir maksimum saat terjadi patah pada material. Persamaannya adalah :
3max
..2
.3
a
Mu
Keterangan :
τu : Modulus of Rupture
Mmax : Momen torsi maksimum
a : Jari-jari penampang spesimen
Kekuatan Luluh Puntir (Torsional Yield Strength)
Yang dimaksud dengan Kekuatan Luluh Puntir adalah batas tegangan geser sebelum material
mengalami deformasi plastis. Untuk mencari kekuatan lulu ini, dapat digunakan metode yang
dilakukan juga pada pencarian kekuatan luluh uji tarik, yaitu metode offset, dengan ketentuan
0.004 rad dalam grafik momen puntir terhadap sudut puntir.
Kriteria Tresca dan Von Mises
Kriteria Tresca dan Von Mises dapat digunakan untuk mengetahui faktor keamanan
(safety factor) suatu material agar kegagalan dapat diminimalisir pada saat perancangannya.
Kriteria Tresca
Luluh pada spesimen terjadi saat tegangan geser maksimum mencapai nilai tegangan
geser pada uji tarik uniaksial
.2 dan2
Kriteria Von Mises
Spesimen mengalami luluh apabila invariant kedua pada deviator tegangan melampaui harga
kritis tertentu.
.3 dan3
Standar pengujian ini menggunakan ASTM E 143. Prosedur percobaan ini adalah:
1. Ukur dimensi dari spesimen
2. Ukur harga kekerasan awal
3. Pilih beban momen puntir skala penuh pada mesin uji puntir.
4. Tentukan kecepatan puntiran dan kecepatan kertas
5. Letakkan spesimen pada mesin uji puntir dan pastikan spesimen terpasang dengan
kuat
6. Beri tanda pada spesimen dengan tinta atau tip-ex
7. Jalankan mesin uji puntir,
8. Perhatikan perubahan yang terjadi pada pena dan kertas perekam data
9. Saat spesimen patah, lepaskan spesimen dari mesin uji puntir
10. Ukur diameter di tempat patahan dan daerah deformasi plastis
Besaran-besaran mekanik yang didapat dari pengujian ini adalah:
1. Modulus elastisitas geser
Modulus elastisitas geser merupakan ketahanan atau kekakuan spesimen terhadap
beban oleh momen puntir. Nilai modulus elastisitas geser merupakan perbandingan
nilai tegangan geser terhadap regangan gesernya.
2. Modulus of rupture(Ultimate Torsional Shearing Strenght)
Kekuatan tegangan geser maksimum yang menyebakan spesimen patah
3. Konstanta strain hardening
Konstanta strain hardening digunakan untuk mengetahui pertambahan kekerasan
spesimen pada pengujian puntir
4. Kekuatan luluh geser/torsion yield strength
Kekuatan luluh geser merupakan tegangan geser maksimum pada daerah elastis agar
spesimen dapat kembali ke bentuk semula ketika tegangan geser dihilangkan
Uji tarik dan uji puntir mempunyai kelebihan dan kekurangan dalam pengujiannya.
Kelebihan uji puntir adalah sebagai berikut:
1. Tidak mengalami fenomena necking
2. Nilai koefisien n dan K untuk strain hardening lebih akurat karena mempunyai
deformasi plastis yang lebih panjang
3. Patahan yang terjadi akibat tegangan geser murni
4. Hasil pengukuran mengenai plastisitas lebih banyak dan mendasar
Sedangkan kekurangan uji puntir adalah sebagai berikut:
1. Pengolah data lebih rumit dan memakan waktu yang lama
2. Jika spesimen yang digunakan adalah benda pejal, maka nilai tegangan geser yang
terjadi tidak merata pada permukaan hingga bagian dalam spesimen
Pada uji tarik, mempunyai kelebihan sebagai berikut:
1. Pengolahan data tidak terlalu rumit dan tidak membutuhkan waktu yang terlalu lama
2. Lebih mudah mengetahui pengaruh tegangan normal terhadap regangan pada
spesimen
Sedangkan kekurangan uji tarik adalah sebagai berikut:
1. Mengalami necking
2. Hasil pengukuran mengenai plastisitas kurang akurat
3. Daerah deformasi plastis lebih kecil
Setelah dilakukan pengambilan data dari uji puntir, makan dilakukan pengolahan data
dengan data-data sepagai berikut:
1. Membuat kurva M terhadap N
2. Membuat kurva M terhadap θ, dengan persamaan = 23. Membuat kurva M terhadap θ’, dengan persamaan ′ =4. Membuat kurva τ terhadap γ, dengan persamaan sebagai berikut:
Pada daerah elastis, digunakan persamaan:τ = 16Kemudian pada daerah plastis, digunakan persamaan:τ = + 32Untuk mendapatkan nilai digunakan persamaan:=
5. Membuat kurva σ terhadap ε dengan persamaan sebagai berikut:
Untuk Tresca digunakan persamaan:
.2 dan2
Sedangkan untuk Von Misses digunakan persamaan:
.3 dan3
6. Membuat kurva ln σ terhadap ln ε, kemudian cari nilai K dan n.
Setelah terjadi yielding pada pengujian, maka spesimen akan mengalami deformasi
plastis yang ditandai dengan adanya tegangan luluh (torsion yield strength). Ada 2 kriteria
luluh pada material ulet. Yaitu kriteria luluh Von Mises dan kriteria luluh Tresca. Yang
dimaksud dengan kriteria luluh Von Mises adalah bahwa material akan luluh ketika energi
distorsi sampai ke titik kritisnya. Kemudian ada juga kriteria luluh Tresca yang menjelaskan
bahwa material akan luluh ketika tegangan geser maksimum mencapai nilai tegangan geser
pada uji tarik. Kemudian untuk aplikasi, Von Mises lebih digunakan untuk engineering
design sedangkan Tresca lebih digunakan untuk Metal Forming.
BAB III
DATA PERCOBAAN DAN PENGOLAHAN DATA
DATA UJI PUNTIR
Material : ST37
Panjang awal spesimen : 60 mm
Diameter spesimen : 6.65 mm
Kecepatan puntir mesin : 16 rpm
Kekerasan awal (rata-rata) : 37.5 HRA
Diameter spesimen di tempat yang terdeformasi : 6.6 mm
Diameter spesimen di tempat yang patah : 6.5 mm
Panjang akhir : 60.3 mm
Kekerasan setelah pengujian (rata-rata) : 51.17 HRA
Mesin uji : Tarno-Grocki
Tanggal pengujian : 4 Mei 2010
Asisten : Annisa
Dari mesin uji, data yang pertama kali diperoleh adalah kurva momen torsi (Mt) dan
jumlah putaran (n). Grafik yang diperoleh diperbaiki sehingga diperoleh grafik dengan
data-data sebagai berikut (di halaman berikutnya) :
Untuk mencari nilai konstanta kekuatan (K) dan koefisien pengerasan regangan (n),
digunakan persamaan berikut :
sigma = K x epsilonn
log sigma = log K + n x log epsilon
Dari grafik dan data diatas dan dengan regersi linear, diperoleh nilai log K dan n sebagai
berikut :
Untuk kriteria Tresca
log K = 4.1976
K = 15739.83 MPa
n = 0.141
y = 0.1416x + 4.1976
y = 0.1416x + 4.1263
4
4.05
4.1
4.15
4.2
4.25
-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4
log sigma
log epsilon
Grafik log sigma - log epsilon
Untuk metode von Misses
log K = 4.1263
K = 13365.96 MPa
n = 0.141
BAB IV
ANALISIS PERCOBAAN
Pada pengujian puntir, idealnya dimensi specimen sebelum dan setelah pengujiantidak mengalami perubahan dimensi. Namun setelah dilakukan pengujian punter padaspecimen baja ST 37, ternyata dimensi specimen setelah pengujian berbeda dengan dimensisebelum pengujian. Dimensi panjang specimen sebelum pengujian adalah sebesar 60 mm,sedangkan diameternya adalah 6.65 mm. Namun, dimensi specimen setelah pengujianberubah menjadi 60.3 mm untuk panjangnya dan 6.6 mm untuk diameternya. Hal inidisebabkan oleh pemasangan specimen pada alat uji yang kurang pas dan alat uji yang belumdikalibrasi sehingga menyebakan dimensi specimen sedikit berubah dari kondisi awalnya.
Nilai kekerasan pada specimen meningkat setelah dilakukan pengujian puntir. Hal initerlihat dari nilai kekerasan awal specimen sebesar 37.5 HRa dan nilai kekerasan akhirsebesar 51.17 HRa. Meningkatnya nilai kekerasan ini disebabkan oleh strain hardening ketikaspecimen mengalami deformasi plastis. Dari hasil pengolahan data diatas, kita mendapatkanbahwa nilai koefisien strain hardening (n) sebesar 0.141. Sedangkan pada literature, nilai nadalah bekisar 0.15 – 0.4. nilai n yang didapatkan pada percobaan sedikit dibawah rentangyang diberikan pada literature. Hal ini disebakan pengambilan data yang sedikitmenyebabkan regresi linear yang dilakukan kurang akurat sehingga nilai n sedikit dibawahliteratur.
Koefisien kekerasan yang didapat pada percobaan menurut kriteria Tresca sebesar15739.83 MPa, sedangkan menurut criteria Von Mises sebesar 13365.96 MPa. Menurutliterature, nilai K bekisar 500 – 1200 MPa. Perbedaan yang sangat jauh ini juga disebakanpengambilan data yang sedikit menyebabkan regresi linier yang dilakukan kurang akuratsehingga nilai K pada percobaan jauh lebih besar dari nilai K literature.
Pada kurva tegangan geser terhadap regangan geser didapatkan Modulus ElastisitasGeser (G) sebesar 36,571 GPa. Sedangkan pada literature nilai G seharusnya 79.3 GPa.Perbedaan nilai G pada percobaan dengan literature disebabkan oleh pemasangan specimenyang kurang pas dan alat uji yang belum dikalibrasi sehingga data yang didapatkan tidakterlalu akurat dan tidak sesuai dengan literature.
Kekuatan luluh yang didapatkan dari grafik kurva Momen puntir terhadap sudutpuntir per satuan panjang adalah sebesar 270.572 Nm. Nilai kekuatan luluh tersebut didapatdari grafik sehingga ada kemungkinan nilai kekuatan luluhnya berbeda dengan metode offset.
Modulus of Rupture pada percobaan kali ini didapatkan nilai sebesar 8153,43 MPa.Nilai tersebut diambil dari nilai tegangan geser maksimum yang dapat dicapai specimenketika specimen tersebut patah. Nilai yang didapatkan cukup besar sehingga dapatmenunjukkan specimen yang dipakai specimen ulet.
Bentuk patahan yang terjadi adalah patah ulet karena patahan yang terjadi membentuksudut 90o terhadap bidang patah. Hal ini menunjukan bahwa Baja ST 37 yang dipakai sebagaispecimen adalah material ulet.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
KESIMPULAN
1. Specimen standar untuk uji puntir adalah ASTM E 1432. Specimen mengalami perubahan dimensi setelah dilakukan uji puntir yang
diakibatkan oleh pemasangan specimen yang kurang tepat dan alat uji yang belumdikalibrasi.
3. Nilai kekerasan specimen meningkat setelah dilakukan uji puntir. Hal ini specimenmengalami strain hardening dari niali kekerasan sebesar 37.5 HRa menjadi 51.17 HRa
4. Koefisien strain hardening (n) yang didapat sbesar 0.141.5. Konstata kekerasan yang didapat adalah sebesar 15739.83 MPa untuk criteria Tresca
dan 13365.96 MPa untuk criteria Von Misses.6. Nilai Modulus elastisitas Geser (G) yang didapat adalah sebesar 36,571 GPa7. Kekuatan luluh yang didapat dari grafik momen puntir adalah sebesar 270.572 Nm8. Modulus of Ruoture pada specimen adalah sebesar 8153,43 MPa9. Patahan yang dialami adlaah patah ulet karena membentuk sudut 90o terhadap bidang
patahan
SARAN
Sebaiknya waktu dilakukan pengujian, data yang diambil lebih banyak agar besaran-besaranmekanik yang didapat mendekati literature.
TUGAS SETELAH PRAKTIKUM
1. Momen Torsi terhadap θ
Momen Torsi terhadap θ’
Data Tegangan geser dan regangan geserUntuk daerah elastis