Konsep Dasar Tegangan dan Regangan

Konsep Dasar Tegangan dan Regangan  

Proses pembentukan secara metalurgi merupakan proses deformasi plastis. Deformasi plastis ini artinya adalah apabila bahan mengalami pembebanan sewaktu terjadinya proses pembentukan , dimana setelah beban dilepaskan maka diharapkan pelat tidak kembali kekeadaan semula. Bahan yang mengalami proses pembentukan ini mengalami peregangan atau penyusutan. Terbentuknya bahan inilah yang dikatakan sebagai deformasi plastis. Kondisi proses pembentukan dengan deformasi plasitis ini mendekatkan teori pembentukan dengan Teori Plastisitas.

Teori Plastisitas membahas prilaku bahan pada regangan dimana pada kondisi tersebut Hukum Hook tidak berlaku lagi. Aspek-aspek deformasi plastis membuat formulasi matematis teori plastisitas lebih sulit daripada perilaku benda pada elastis. Pada hasil uji tarik sebuah benda uji menunjukan grafik tegangan regangan yang terbentuk terdiri dari komponen elastis yang ditunjukan pada garis linear dan kondisi plastis ditujukan pada garis parabola sampai mendekati putus. Deformasi elastis tergantung dari keadaan awal dan akhir tegangan serta regangan. Regangan plastis tergantung dari jalannya pembebanan yang menyebabkan tercapainya keadaan akhir. Gejala pengerasan regang (strain hardening) sewaktu pelat mengalami proses pembentukan sulit diteliti dengan pendekatan teori plastisitas ini.

Bahan anisotropi plastis, histeristis plastis dan efek Bauschinger tidak dapat dibahas dengan mudah oleh teori plastisitas. Teori plastisitas telah menjadi salah satu bidang mekanika kontinum yang paling berkembang, dan suatu kemajuan untuk mengembangkan suatu teori dalam rekayasa yang penting. Analisis regangan plastis diperlukan dalam menangaini proses pembentukan logam. Teori plastisitas ini didasari atas pengujian tarik, dimana pengujian tarik ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik dari suatu bahan.

Gambar 1.5. Sebuah benda diberi gaya tarik

Prinsip dasar pengujian tarik yang dilakukan ini adalah dengan melakukan penarikan terhadap suatu bahan sampai bahan tersebut putus/patah. Gaya tarik yang dikenakan pada spesimen benda uji sejajar dengan garis sumbu sepesimen (bahan uji) dan tegak lurus terhadap penampang spesimen. Spesimen dibuat dengan standar dimensi yang sudah ditentukan menurut BS, ISO, ASTM dan sebagainya. Sebelum dan sesudah melakukan pengujian terhadap benda uji ini biasanya semua dimensi dari benda uji dianalisis lebih lanjut.

Pengujian tarik merupakan pengujian terpenting dalam pengujian statis. Secara skematis hasil pengujian tarik untuk logam diperlihatkan pada gambar 1.5 di bawah ini:

Gambar 1.6. Grafik Tegangan Regangan (Sardia & Kenji, 1984)

Hasil pengujian tarik ini diperlihatkan pada gambar grafik tegangan regangan. Grafik tegangan regangan merupakan gambaran karakteristik suatu bahan yang mengalami tarikan. Pada grafik tegangan regangan ini dapat memberikan acuan pada seorang perencana dalam menentukan dimensi komponen mesin yang akan digunakan. Jika komponen mesin yang akan digunakan untuk beban yang tidak boleh melebihi batas luluhnya maka tegangan yang diizinkan tidak boleh melebihi dari batas proposionalnya yakni: pada saat terjadinya mulur/luluh. Batas proporsional ini disebut juga dengan batas elastisitas yang artinya apabila spesimen di tarik maka akan mengalami pertambahan panjang, jika beban dilepaskan pada batas elastisitas ini maka sepesiemen akan kembali kekeadaan semula. Pada batas proporsional atau batas elastis berlaku hukum Hooke:

dimana :   

E = Modulus elastisitas yang merupakan konstanta bahan

ε = Regangan

σ = Tegangan

δL = Pertambahan panjang material

Lo = Panjang mula-mula dari material

F = Beban tarik

Ao = Luas penampang awal material

Untuk menghitung tegangan ( σ ) dan regangan (ε) digunakan rumus :

dimana :

F = gaya (Newton)

Ao = luas penampang awal (m2)

Lo = panjang mula-mula (m)

δL = perpanjangan (m)

Reduksi penampang dihitung dengan menggunakan rumus :

dimana:

Q = reduksi penampang dalam persen

Ao = luas penampang awal

Af = luas penampang

Apabila deformasi terjadi memanjang, terjadi pula deformasi penyusutan yang melintang. Kalau regangan melintang (lateral strain) εr perbandingannya dengan e (linear strain); disebut perbandingan Poisson, dinyatakan dengan µ, µ = εr/ ε (Dieter, 1986)

Dalam kenyataan, harga µ bagi bahan berkristal seperti logam kira-kira 1/3, dapat ditentukan dengan perhitungan terperinci dari hubungan antara konfigurasi atom dan arah tegangan.

Apabila batang uji menerima deformasi elastis karena tarikan, volumenya menjadi Vt= V+∆V, dimana ∆V adalah pertambahan volume akibat spesimen mengalami tarikan. Perbandingan pertambahan volume dengan volume awal yakni : ∆V/V disebut juga dengan regangan volume (volumetric strain). Perbandingan tegangan dengan regangan volume disebut Modulus elastisitas Bulk (Dieter, 1986).

Modulus elastik Bulk (K) Jika εV = 1/3 maka K = ε / 3 yang artinya dalam deformasi elastik volume mengembang. Dalam hal geseran, regangan γ mempunyai hubungan dengan tegangan geser τ yaitu: τ = G x γ (Dieter,1986), G disebut sebagai modulus geser (modulus of rigidity).

Jika dilihat dari gambar grafik tegangan dan regangan memperlihatkan bahwa sesudah garis linear muncul daerah luluh dan selanjutnya garis membentuk lengkungan sampai putus. Garis melengkung inilah merupakan fungsi dari Modulus elastisitas Bulk yang digunakan pada prinsip pembentukan.

Suatu modulus elastik ditentukan oleh gaya antar atom karena itu dalam hal kristal tunggal sangat dipengaruhi oleh arah konfigurasi atom tetapi sukar dipengaruhi oleh cacat dan ketakmurnian. Kalau dilihat hanya dari antar-aksi dua atom logam, diameter rata-rata dari atom kira-kira 3 X 10-10 m. dan gaya antar atom biasanya 10 -4 N, 10 -4/(3X 10_,0)2£= 101S N/m2, seharusnya dalam orde 100 GPa.

Gambar 1.7. Kurva Tegangan dan Regangan di Daerah Elastik (Dieter,1986)

Gambar di atas menunjukkan hubungan antara tegangan dan regangan dalam daerah elastik mempergunakan karet sebagai model dari bahan amorf dan logam polikristal sebagai model dari bahan berkristal. Pada logam, daerah elastik dinyatakan oleh bagian lurus dari hubungan tersebut dan gradiennya sebagai modulus elastik. Secara teknik batas daerah tersebut ditentukan oleh regangan sisa apabila beban ditiadakan seperti ditunjukkan dalam gambar. Harga ini dinamakan batas elastis.

Gambar.1.8. Hubungan Tegangan-Regangan pada Bahan Mulur Kontinu (Dieter,1986)

Kekuatan mulur didapat pada tegangan yang menyebabkan perpanjangan 0,2%. Bagian lurus kurva atau modulus elastis, tidak akan berubah karena ada deformasi plastis. Untuk mendapat tegangan mulur, ukurkan deformasi 0,2% dari titik nol ada sumbu regangan, kemudian tarik garis sejajar dengan bagian kurva yang lurus memotong kurva pada titik C, tinggi titik C menyatakan tegangan mulur. Cara ini dinamakan metode off set atau disebut metode tegangan mulur atau tegangan uji 0,2%. Kalau bahan dideformasikan pada temperatur sangat rendah dibandingkan dengan titik cairnya, maka pengerasan terjadi mengikuti deformasinya. Gejala ini dinamakan pengerasan regangan atau pengerasan kerja.

Pengerasan regangan terjadi selama pengujian tarik, dan karena regangan bertambah, maka kekuatan mulur, kekuatan tarik dan kekerasannya, meningkat, sedangkan hantaran listrik dan masa jenisnya menurun. Kristal logam mempunyai kekhasan dalam keliatan yang lebih besar dan pengerasan regangan yang luar bisa. Sebagai contoh, kekuatan mulur baja lunak sekitar 180 MPa, yang dapat ditingkatkan sampai- kira-kira 900 MPa oleh pengerasan regangan. Hal ini merupakan sesuatu yang berguna.

Istilah terkait tegangan dan regangan : arus, arus dan tegangan, arus listrik, pengertian tegangan, rumus tegangan, sumber tegangan, tegangan ac, tegangan adalah, tegangan dc, tegangan permukaan, listrik, tegangan listrik, tegangan tinggi, elastisitas, pengertian regangan, regangan dan tegangan, senaman regangan, tegangan, tegangan regangan

Pada material yang diperjual belikan dipasaran [diperdagangkan], kekuatan darimaterial tersebut sering diberikan dalam bentuk hasil pengujian berupa tegangan tarik atau kekerasan, dimana besar tegangan tarik ini selalu berhubungan dengan angka kekerasan dari suatu material.

Besar tegangan tarik juga berhubungan dengan besar tegangan- tegangan yang lainnya misalnya : tegangan lengkung, tegangan geser, dan tegangan puntir.

Hasil dari tegangan tarik dari berbagai bahan [ material ], diperoleh dari hasil percobaan yaitu dengan menarik material tersebut sampai putus.

Bentuk dari diagram tegangan regangan untuk berbagai bahan akan terlihat seperti grafik dibawah ini :

Kurva hasil uji tarik

Kurva uji tarik