Selamat Datang Dalam Kuliah Terbuka Ini

1. SelamatDatangDalamKuliah Terbuka Ini

2. Kuliahterbuka kali iniberjudul“MengenalSifat Material II”

3. DisajikanolehSudaryatno Sudirhammelaluiwww.darpublic.com

4. Sesi 6 SifatMekanis

5. UjiMekanik Salah satukriteriadalampemilihan material untukkeperluankonstruksi (termasukkeperluanuntukbiomedis) adalahkekuatanmekanis-nya. Beberapaujimekanis: ujitarik (tensile test) ujitekan (compression test) ujikekerasan (hardness test) ujiimpak (impact test) ujikelelahan (fatigue test) Ujitarik (tensile test) danujitekan (compression test) dilakukanuntukmengetahuikemampuan material dalammenahanpembebananstatis. Ujikekerasanuntukmengetahuiketahanan material terhadapperubahan (deformation) yang permanen. Ujiimpakuntukmengetahuiketahanan material terhadappembebananmekanis yang tiba-tiba. Ujikelelahanuntukmengetahuilifetimedibawahpembebanansiklis.

6. Engineering Stress : A0 A l0 l Engineering Strain : P UjiTarik Engineering Stress :  ,didefinisikansebagairasioantarabebanP padasuatusampeldenganluaspenampangawaldarisampel Engineering Strrain :  ,didefinisikansebagairasioantaraperubahanpanjangsuatusampeldenganpanjangawal-nya.

7. elastis plastis 12 40 ultimate tensile strength 30 9 E | | | | | | 20 6 stress, [1000 psi] stress, [1000 psi] yield strength 10 3 batas elastis 0 | | | | 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 | | | 0 0.001 0.002 0.003 0 strain, [in./in.] strain,  [in./in.] Stress-Strain Curve : retak contohkurvastress-strain dariCupolikristal di daerahelastis: • = E (Hukum Hooke) E = modulus Young

8.  80 200 60 150  upper yield point | | | | | | 100 40 stress, [1000 psi] stress, [1000 psi] lower yield point 20 50 0 0 | | | | 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 | | | 0 0.001 0.002 0.003 strain,  [in./in.] strain,  [in./in.] baja 1030 tungsten carbide Stress-Strain Curve beberapamacam material yang lain:

9. 120 3   tekan tekan 80 2 | | | | | | stress:  [1000 psi] stress:  [1000 psi] 40 1  tarik  tarik 0 0 | | | | 0 0.01 0.02 0.03 0.04 | | | | 0 0.001 0.002 0.003 0.004 strain:  [in./in.] strain:  [in./in.] beton besituang UjiTekan Material yang brittle, lemahdalamujitarik, namunbisakuatdalamujitekan

10. P D d spesimen UjiKekerasan Ujikekerasanmengukurkekuatan material terhadapsuatuindenter;indenterinibisaberbentuk bola, piramida, kerucut, yang terbuatdari material yang jauhlebihkerasdari material yang diuji. Ujikekerasandilakukandenganmemberikanbebansecaraperlahan, tegakluruspadapermukaanbendauji, dalamjangkawaktutertentu. Salah satumetodaadalah Test Brinell, denganindenter bola tungsten carbide, D = 10 mm Hardness Numberdihitungdengan formula:

11. arahimpak ujungbandul spesimen penahan UjiImpak Ujiimpakmengukurenergi yang diperlukanuntukmematahkanbatang material yang diberilekukanstandar, denganmemberikanbebanimpuls Bebanimpulsdiberikanolehbanduldenganmassatertentu, yang dilepaskandariketinggiantertentu. Bandulakanmenabrakspesimendanmematahkannya, kemudiannaiklagisampaiketinggiantertentu Denganmengetahuimassabanduldanselisihketinggianbandulsaatiadilepaskandenganketinggianbandulsetelahmematahkanspesimen, dapatdihitungenergi yang diserapdalamterjadinyapatahan

12. A A stress, stress, elastis elastis strain,  strain,  SifatElastis Semuajenis material berubahbentuk, atauberubah volume, ataukeduanya, padawaktumendapattekananataupunperubahantemperatur Perubahantersebutdikatakanelastisjikaperubahanbentukatau volume yang disebabkanolehperubahantekananataupuntemperaturdapatsecarasempurna kembalikekeadaansemulajikatekananatautemperaturkembalikekeadaanawalnya. Pada material kristal, hubunganantarastress danstrain adalah linier sedangkanpada material non kristal(denganrantaimolekulpanjang)padaumumnyahubungantersebuttidak linier.

13. E = modulus Young densitas material A kecepatanrambatsuaradalam material stress, elastis strain,  Padabagiankurvastress-strain yang linierdapatdituliskanhubungan linier: Modulus Young ditentukandengancara lain, misalnyamelalui formula:

14. z stress: z z strain: z Ada beberapakonstantaproporsionalitas yang biasadigunakandalammenyatakanhubungan linier antarastress danstrain, tergantungdarimacamstress danstrain 1) Modulus Young l0 l

15. l0   Shear stress,  Shear strain,  2). Modulus shear

16. hydrostatic stress :hyd perubahan volume V / V0 3) Modulus bulk (volume) volume awal V0 V

17. SifatElastisDilitinjau Dari Skala Atom Energipotensialdaridua atom sebagaifungsijarakantarakeduanyadapatdinyatakandenganpersamaan: V : energipotensial r : jarakantar atom A : konstantaproporsionalitasuntuktarik-menarikantar atom B : konstantaproporsionalitasuntuktolak-menolakantar atom ndanm : pangkat yang akanmemberikanvariasidariVterhadapr

18. Gaya daridua atom sebagaifungsijarakantarakeduanyadapatditurunkandarirelasienergipotensial: F : gayaantar atom r : jarakantar atom a : konstantaproporsionalitasuntuktarik-menarikantar atom b : konstantaproporsionalitasuntuktolak-menolakantar atom NdanM : pangkat yang akanmemberikanvariasidariFterhadapr

19. tolak-menolak tolak-menolak jumlah jumlah energi potensial, V r gaya, F r d0 d0 tarik-menarik tarik-menarik Kurvaenergipotensialdankurvagayasebagaifungsijarakantara atom, disebutkurvaCondon-Morse:

20. gaya, F r d0 daerahelastis Kurvagayadangarissinggungpadad0untukkeperluanpraktisdapatdianggapberimpitpadadaerahelastis.

21. jarakantar atom EnergiPotensial T >> 0oK d0 PengaruhTemperaturpadaSifatElastis Jarak rata-rata antar atom meningkatdenganpeningkatantemperatur. drata2 drmin drmaks

22. Anelastisitas Tercapainyastrain maksimumbisalebihlambatdaritercapainyastressmaksimum yang diberikan. Jadistrain tidakhanyatergantungdaristress yang diberikantetapijugatergantungwaktu. Hal inidisebutanelastisitas Jika material mendapatpembebanansiklis, makaketerlambatanstrain terhadapstress menyebabkanterjadinyadesipasienergi Desipasienergimenyebabkanterjadinyadamping Desipasienergijugaterjadipadapembebananmonotonik isothermal di daerahplastis. Gejalainidikenalsebagaicreep.

23. M   A X M M A M M adiabatik isothermik  O  A’ EfekThermoelastik Material kristalcenderungturuntemperaturnyajikadiregangkan (ditarik) Jikaperegangandilakukancukuplambat, maka material sempatmenyerapenergi thermal darisekelilingnyasehinggatemperaturnyatakberubah. Dalamhaldemikianini proses peregangan (straining) terjadisecaraisothermik. X O Loop HisterisisElastis

24.          O O O O desipasienergi per siklus f1 f2f3 f4f5  O frekuensi Desipasienergi per siklustergantungdarifrekuensi

25. Difusi Atom Pereganganbisamenyebabkanterjadinyadifusi atom

26.  2 1 t1 t WaktuRelaksasi :  t0

27. Keretakan (Fracture) Keretakanadalahperistiwaterpisahnyasatukesatuanmenjadiduaataulebihbagian. Bagaimanakeretakanterjadi, berbedadarisatu material ke material yang lain, danpadaumumnyadipengaruhiolehstress yang diberikan, geometrisdarisampel, kondisitemperaturdanlajustrain yang terjadi. Keretakandibedakanantarakeretakanbrittle dan ductile. Keretakanbrittle terjadidenganpropagasi yang cepatsesudahsedikitterjadideformasiplastisataubahkantanpadidahuluiolehterjadinyadeformasiplastis. Keretakanductile adalahkeretakanyangdidahuluiolehterjadinyadeformasiplastis yang cukuppanjang (lama), dankeretakanterjadidenganpropagasi yang lambat.

28. Keretakanbrittle Pada material kristal, keretakanbrittlebiasanyamenjalarsepanjangbidangtertentudarikristal, yang disebutbidangcleavage. Pada material polikristalkeretakanbrittletersebutterjadiantaragraindengangrainkarenaterjadiperubahanorientasibidangclevageinidarigrain ke grain. Selainterjadisepanjangbidang cleavage, keretakanbrittlebisaterjadisepanjangbatasantargrain, dandisebutkeretakanintergranular. Keduamacamkeretakanbrittle, cleavage danintergranular, terjaditegakluruspadaarahstress yang maksimum. Kalkulasiteoritiskekuatan material terhadapkeretakanadalahsangatkompleks. Walaupundemikianada model sederhana, berbasispadabesaran-besaransublimasi, gayaantar atom, energipermukaan, yang dapatdigunakanuntukmelakukanestimasi. Tidakkitapelajari.

29. Keretakanductile Keretakanductile didahuluiolehterjadinyadeformasiplastis, dankeretakanterjadidenganpropagasi yang lambat. Pada material yang digunakandalam engineering, keretakanductiledapatdiamatiterjadidalambeberapatahapan • terjadinyanecking, danmulaiterjadigelembungretakan di daerahini • gelembung-gelembungretakanmenyatumembentukretakan yang menjalarkeluartegakluruspadaarahstress yang diberikan • retakanmelebarkepermukaanpadaarh 45oterhadaparahtegangan yang diberikan Mulaiawalterjadinyanecking, deformasidanstressterkonsentrasi di daerahleherini. Stress di daerahinitidaklagisederhanasearahdenganarahgayadariluar yang diberikan, melainkanterdistribusisecarakompleksdalamtigasumbuarah. Keretakanductiledimulai di pusatdaerahleher, di manaterjadishear stressmaupuntensile stresslebihtinggidaribagian lain padadaerahleher. Teoritidakkitapelajari.

30. Transisidariductile kebrittle Dalampenggunaan material, adanyalekukan, atautemperaturrendah, ataupadalajustrain yang tinggi, bisaterjaditransisidarikeretakanductilekebrittle Keretakanductilemenyerapbanyakenergisebelumpatah, sedangkankeretakanbrittlememerlukansedikitenergi Hindarkansituasi yang mendorongterjadinyatransisikekemungkinankeretakanbrittle

31. Keretakankarenakelelahan metal Material ductiledapatmengalamikegagalanfungsijikamendapatstresssecarasiklis, walaupunstresstersebutjauh di bawahnilai yang bisaiatahandalamkeadaanstatis. Tingkat stressmaksimumsebelumkegagalanfungsiterjadi, disebutendurance limit. Endurance limit didefinidikansebagaistresssiklis paling tinggi yang tidakmenyebabkanterjadinyakegagalanfungsi, berapapunfrekuensisiklis-nya. Endurance limit hampirsebandingdenganultimate tensile strength (UTS). Pada alloy besisekitar ½ danpada alloy bukanbesisampai 1/3 UTS. Secaraumumdiketahuibahwajikabagianpermukaansuatuspesimenlebihlunakdaribagiandalamnyamakakelelahan metal lebihcepatterjadidibandingkandenganjikabagianpermukaanlebihkeras. Untukmeningkatkanumurmengahadapiterjadinyakelelahan metal, dilakukanpengerasanpermukaan (surface-harden).

32. Kuliah Terbuka MengenalSifat Material II Sesi-6 SudaryatnoSudirham