11

KELELAHAN KONSTRUKSIKELELAHAN KONSTRUKSIKELELAHAN KONSTRUKSIKELELAHAN KONSTRUKSI

DR.-ING.IR. PUTU M. SANTIKADR.-ING.IR. PUTU M. SANTIKA

PROGRAM MAGISTER TEKNIK MESINPROGRAM MAGISTER TEKNIK MESININSTITUT SAIN DAN TEKNOLOGI NASIONALINSTITUT SAIN DAN TEKNOLOGI NASIONAL

JKAKARTA, JULI 2008JKAKARTA, JULI 2008

22

DAFTAR ISIDAFTAR ISI

1.1. PENDAHULUANPENDAHULUAN2.2. HIGH CYCLE FATIGUEHIGH CYCLE FATIGUE3.3. LOW CYCLE FATIGUELOW CYCLE FATIGUE4.4. FAKTOR-FAKTOR YANG FAKTOR-FAKTOR YANG

MEMPENGARUHI KELELAHANMEMPENGARUHI KELELAHAN

33

PENDAHULUANPENDAHULUAN

• Masalah kelelahanMasalah kelelahan telah dikenal dan diteliti lebih dari telah dikenal dan diteliti lebih dari 160 tahun yang lalu160 tahun yang lalu

• Konstruksi yang mengalami beban berulang / siklis Konstruksi yang mengalami beban berulang / siklis / bergetar akan mengalami kelelahan (fatigue)/ bergetar akan mengalami kelelahan (fatigue)

• Dalam praktek sehari-hari terjadinya beban Dalam praktek sehari-hari terjadinya beban berulang/ bergetar tidak dapat dihindariberulang/ bergetar tidak dapat dihindari

• August WoehlerAugust Woehler tercatat sebagai peneliti yang sangat tercatat sebagai peneliti yang sangat terkenal diagram woehlerna, melakukan penelitian terkenal diagram woehlerna, melakukan penelitian dengan sistimatis tentang fatik (1850 - 1875). dengan sistimatis tentang fatik (1850 - 1875). Penelitiannya difokuskan pada masalah batas lelah dari Penelitiannya difokuskan pada masalah batas lelah dari material baja.material baja.

• Pada tahun 1885Pada tahun 1885 Bauschinger Bauschinger mengembangkan mengembangkan extensometer cermin yang mempunyai sensitifitas untuk extensometer cermin yang mempunyai sensitifitas untuk mengukur regangan dalam orde 1 micron. Penelitiannya mengukur regangan dalam orde 1 micron. Penelitiannya terutama menyangkut hubungan antara regangan plastis terutama menyangkut hubungan antara regangan plastis yang kecil dengan tegangan yang aman terhadap yang kecil dengan tegangan yang aman terhadap kelelahan. Hasil penelitian Bauschinger menjelaskan kelelahan. Hasil penelitian Bauschinger menjelaskan penomena perbedaan antara batas luluh monotonik dan penomena perbedaan antara batas luluh monotonik dan siklis dari material.siklis dari material.

44

PENDAHULUAN PENDAHULUAN (LANJUTAN)(LANJUTAN)

• Dengan diilhami oleh hasil penelitian Dengan diilhami oleh hasil penelitian Woehler dan Bauschinger, pada tahun Woehler dan Bauschinger, pada tahun 1903 1903 Ewing dan HumphreyEwing dan Humphrey melakukan penelitian tentang melakukan penelitian tentang mekanisme terjadinya retak pada mekanisme terjadinya retak pada material. Hasil penelitiannya material. Hasil penelitiannya dipublikasikan dengan judul “dipublikasikan dengan judul “The The fracture of metals under repeated fracture of metals under repeated

alterations of stressalterations of stress”.”.

55

BEBAN DINAMIS BEBAN DINAMIS (SIKLIS/BERGETAR)(SIKLIS/BERGETAR)

• PENYEBAB:PENYEBAB:– GETARANGETARAN– FLUKTUASI BEBANFLUKTUASI BEBAN– TIUPAN ANGINTIUPAN ANGIN– GELOMBANG OMBAK LAUTGELOMBANG OMBAK LAUT– KETIDAKRATAAN PERMUKAAN JALANKETIDAKRATAAN PERMUKAAN JALAN– RAPAT UDARA YANG TIDAK HOMOGENRAPAT UDARA YANG TIDAK HOMOGEN– DLL.DLL.

66

NOMENKLATUR BEBAN DINAMISNOMENKLATUR BEBAN DINAMIS

F

t

FMAX

FRATA2

Fa

Fmin

Fa

77

JENIS BEBAN SIKLIS / BergetarJENIS BEBAN SIKLIS / Bergetar

• AMPLITUDO KONSTAN (AMPLITUDO KONSTAN (CONSTANT CONSTANT AMPLITUDE LOADING)AMPLITUDE LOADING)

• AMPLITUDO BLOK (AMPLITUDO BLOK (BLOCK BLOCK AMPLITUDE LOADING)AMPLITUDE LOADING)

• AMPLITUDO BERVARIASI (AMPLITUDO BERVARIASI (VARIABLE VARIABLE AMPLITUDE LOADING)AMPLITUDE LOADING)

88

JENIS BEBAN BLOKJENIS BEBAN BLOK

• Low-High (LH)Low-High (LH)

• High-Low (HL)High-Low (HL)

• Blockprogramm (BLP)Blockprogramm (BLP)

• Multiblock Multiblock – HIGH-LOW-HIGH (HLH)HIGH-LOW-HIGH (HLH)– LOW-HIGH-LOW (LHL)LOW-HIGH-LOW (LHL)

• Random (acak)Random (acak)

99

JENIS BEBAN JENIS BEBAN (REKAPITULASI)(REKAPITULASI)

BEBAN SIKLIS

AMPLITUDO BERVARIASI

High-Low Low-High High-Low-High

RandomBlockprogram t t

t t t

1010

UMUR LELAHUMUR LELAH

UMUR LELAH AL-7075

050000

100000150000200000250000300000350000400000450000

AL 7075-T7351 AL7075-0

MATERIAL

UM

UR

LE

LA

H (

SIK

LU

S)

H

L

HL

LH

HLH

LHL

H = HIGH LEVEL- CA LOADING

L = LOW LEVEL - CA LOADING

HL = HIGH-LOW LOADING

LH = LOW-HIGH LOADING

HLH = MULTIBLOCK HIGH-LOW-HIGH LOADING

LHL = MULTIBLOCK LOW-HIGH-LOW LOADING

1111

HIGH CYCLE FATIGUEHIGH CYCLE FATIGUE

• UmumUmum• Diagram S-NDiagram S-N• Pengaruh Tegangan Rata-RataPengaruh Tegangan Rata-Rata

1212

• UmumUmum– Metoda pertama yang digunakan untuk mengerti dan Metoda pertama yang digunakan untuk mengerti dan

mengkuantifisir kelelahan logammengkuantifisir kelelahan logam– Metoda disain kelelahan standar selama lebih dari 100 Metoda disain kelelahan standar selama lebih dari 100

tahuntahun– Masih banyak digunakan sampai sekarang untuk Masih banyak digunakan sampai sekarang untuk

komponen yang mengalami tegangan dibawah batas komponen yang mengalami tegangan dibawah batas elastis, dan umurnya panjang.elastis, dan umurnya panjang.

– Tidak sesuai untuk “Tidak sesuai untuk “low cycles fatiguelow cycles fatigue””

• Diagram S-NDiagram S-N– Dasarnya adalah metoda Woehler.Dasarnya adalah metoda Woehler.– Contoh diagram S-N, gambar 1. Diagram ini diperoleh dari Contoh diagram S-N, gambar 1. Diagram ini diperoleh dari

pengujian 4 titik tumpuan, dengan frekuensi putar 1750 pengujian 4 titik tumpuan, dengan frekuensi putar 1750 rpm. Dilakukan material baja 1045 dengan pembebanan rpm. Dilakukan material baja 1045 dengan pembebanan lengkung rotasi dengan sesuai metoda R.R.Moore.lengkung rotasi dengan sesuai metoda R.R.Moore.

1313

KARAKTERISTIK LELAH MATERIALKARAKTERISTIK LELAH MATERIAL(DIAGRAM S-N)(DIAGRAM S-N)

• UMUR KONSTRUKSI DIHITUNG DENGAN UMUR KONSTRUKSI DIHITUNG DENGAN PERSAMAAN:PERSAMAAN:

•NNii = N = NDD(S(Saiai/ S/ See ) ) -K-K

•LOG S

Sai

Se

LOG NNi ND

K = 1/tg.

GAMBAR 1

1414

– Benda uji berbentuk “Benda uji berbentuk “hourglasshourglass” dengan bagian ” dengan bagian ujinya berdiameter 0.25in - 0,30in dan dipoles ujinya berdiameter 0.25in - 0,30in dan dipoles mengkilap. Level tegangan pada permukaan benda mengkilap. Level tegangan pada permukaan benda uji dihitung dengan persamaan batang elastis yatiu S uji dihitung dengan persamaan batang elastis yatiu S = Mc/I walaupun nilai tegangan lebih besar dari batas = Mc/I walaupun nilai tegangan lebih besar dari batas luluh material.luluh material.

– Kekurangannya: semua regangan dianggap elastis Kekurangannya: semua regangan dianggap elastis serta mengabaikan karakteristik tegangan-regangan serta mengabaikan karakteristik tegangan-regangan sesunguhnyasesunguhnya

– Hanya berlaku bila regangan plastis sangat kecil.Hanya berlaku bila regangan plastis sangat kecil.– Diagram S-N bisanya dipresentasikan dalam bentuk Diagram S-N bisanya dipresentasikan dalam bentuk

kurve log-log, dan garis diagram S-N kurve log-log, dan garis diagram S-N menggambarkan data-data rata-ratamenggambarkan data-data rata-rata

1515

BENDA UJI BENDA UJI ““hourglasshourglass” ”

PANJANG BENDA UJI

BAGIAN UJIJEPITAN

□ ATAU Ф

1616

• Baja BCC memperlihatkan adanya batas lelah Baja BCC memperlihatkan adanya batas lelah (endurance limit)-S(endurance limit)-Se e pada diagram S-N. Endurance limit pada diagram S-N. Endurance limit

adalah level tegangan tertentu, dan tegangan dibawah adalah level tegangan tertentu, dan tegangan dibawah level tersebut tidak menyebabkan material patah. Untuk level tersebut tidak menyebabkan material patah. Untuk hal-hal praktis batas lelah diambail pada Nhal-hal praktis batas lelah diambail pada NBB = 2.10 = 2.1066

siklus. siklus.

• Batas lelah disebabkan adanya elemen interstisi, Batas lelah disebabkan adanya elemen interstisi, seperti C dan N pada latik Fe, yang menahan dislokasi.seperti C dan N pada latik Fe, yang menahan dislokasi.

• Hal ini menyebabkan terhalangnya mekanisme slip Hal ini menyebabkan terhalangnya mekanisme slip penyebab tumbuhnya retak mikro.penyebab tumbuhnya retak mikro.

• Batas lelah bisa lenyap karena:Batas lelah bisa lenyap karena:– Beban lebih yang timbulnya secara periodik (unpin Beban lebih yang timbulnya secara periodik (unpin

dislocations)dislocations)– Lingkungan yang korosiv (menyebabkan fatigue-corrosion Lingkungan yang korosiv (menyebabkan fatigue-corrosion

interaction)interaction)– Temperatur tinggi (memobilisasi dislokasi)Temperatur tinggi (memobilisasi dislokasi)

1717

– Kebanyakan paduan nonferrous tidak Kebanyakan paduan nonferrous tidak memiliki batas lelah, dan diagram S-N memiliki batas lelah, dan diagram S-N akan mempunyai kurve yang menerus akan mempunyai kurve yang menerus (kontinyu), gambar 2. Batas lelah hayal (kontinyu), gambar 2. Batas lelah hayal dapat ditentukan pad level tegangan yang dapat ditentukan pad level tegangan yang menyebabkan umur material sekitar 5.10menyebabkan umur material sekitar 5.1088

– Terdapat hubungan empiris antara sifat Terdapat hubungan empiris antara sifat lelah dari material dengan karakteristik lelah dari material dengan karakteristik tarik statis dan kekerasannya.tarik statis dan kekerasannya.

– Rasio fatik adalah: perbandingan batas Rasio fatik adalah: perbandingan batas lelah dengan tegangan patah-Slelah dengan tegangan patah-Suu, Baja , Baja dengan Sdengan Suu < 200 ksi memiliki rasio fatik 0.5 < 200 ksi memiliki rasio fatik 0.5 (bervariasi dari 0.35 - 0.6)(bervariasi dari 0.35 - 0.6)

1818

KARAKTERISTIK LELAH MATERIALKARAKTERISTIK LELAH MATERIALNON FERROUSNON FERROUS

LOG S

Sa1

Sa2

LOG NN1 N2

K = 1/tg.

GAMBAR 2

1919

– Baja dengan SBaja dengan Suu > 200 ksi mengandung inklusi > 200 ksi mengandung inklusi karbida yang terbentuk selama tempering dari karbida yang terbentuk selama tempering dari martensit. Inklusi non metallik ini berfungsi sebagai martensit. Inklusi non metallik ini berfungsi sebagai titik pemicu retak, yang dapat dengan efektif titik pemicu retak, yang dapat dengan efektif mengurangi batas lelah.mengurangi batas lelah.

– Hubungan antara Hubungan antara SuSu dengan kekerasan (BHN) baja: dengan kekerasan (BHN) baja: Su (ksi) = 0.5 BHN Su (ksi) = 0.5 BHN

– Se (ksi) = 0,25 BHN untuk BHN Se (ksi) = 0,25 BHN untuk BHN 400, bila BHN > 400, bila BHN > 400 , Se = 100 ksi400 , Se = 100 ksi

– Se = 0,5 Su untuk Su Se = 0,5 Su untuk Su 200 ksi, bila Su> 200 ksi, 200 ksi, bila Su> 200 ksi, maka Se = 100 ksimaka Se = 100 ksi

– Amplitudo tegangan yang sesuai untk umur 1000 Amplitudo tegangan yang sesuai untk umur 1000 siklus, untuk material baja adalah: 0.9 Su. Garis siklus, untuk material baja adalah: 0.9 Su. Garis yang menghubungkan titik ini dengan endurance yang menghubungkan titik ini dengan endurance limit adalah garis disain estimasi dari diagram S-N, limit adalah garis disain estimasi dari diagram S-N, bila data kelelahan yang aktual tidak tersedia.bila data kelelahan yang aktual tidak tersedia.

2020

– Untuk baja, persamaan berikut dapat pula Untuk baja, persamaan berikut dapat pula digunakan untuk memperkirakan kurve S-N:digunakan untuk memperkirakan kurve S-N:

S = 10S = 10CCNNbb (untuk 10 (untuk 1033< N < 10< N < 1066))dimana C dan b adalah:dimana C dan b adalah:

b = -(1/3) logb = -(1/3) log1010 (S1000/Se) ; C = log (S1000/Se) ; C = log1010 ((S1000)((S1000)22/Se)/Se)

N = 10-C/bS1/b, untuk 103 < N < 106N = 10-C/bS1/b, untuk 103 < N < 106

– Bila SBila S10001000 dan S dan See diketahui, maka: diketahui, maka: SS10001000 = 0.9 Su dan S = 0.9 Su dan Se e = 0.5 S= 0.5 Su u

– Dan diagram S-N didefinisikan sebagai:Dan diagram S-N didefinisikan sebagai:S = 1,62SuNS = 1,62SuN-0.085-0.085

– Untuk logam-logam lain disarankan untuk tidak Untuk logam-logam lain disarankan untuk tidak menggunakan pendekatan diatas.menggunakan pendekatan diatas.

2121

• Berkenaan dengan diagram S-N, beberapa hal berikut Berkenaan dengan diagram S-N, beberapa hal berikut perlu mendapat perhatian:perlu mendapat perhatian:– Persamaan empirin diatas, benar-benar hanya Persamaan empirin diatas, benar-benar hanya

perkiraan. Tergantung dari tingkat kepastian yang perkiraan. Tergantung dari tingkat kepastian yang diharapkan pada analisa kelelahan, kadang-kadang diharapkan pada analisa kelelahan, kadang-kadang diperlukan data uji yang sebenaarnyadiperlukan data uji yang sebenaarnya..

– Konsep yang paling penting dari diagram S-N adalah: Konsep yang paling penting dari diagram S-N adalah: bahwa batas lelah digunakan untuk perancangan bahwa batas lelah digunakan untuk perancangan komponen dengan umur tidk terbatas atau “komponen dengan umur tidk terbatas atau “safe life safe life atau safe stressatau safe stress”.”.

– Secara umum, pendekatan dengan diagram S-N, Secara umum, pendekatan dengan diagram S-N, hendaknya jangan digunakan untuk menganalisa hendaknya jangan digunakan untuk menganalisa umur konstruksi dibawah 1000 siklus.umur konstruksi dibawah 1000 siklus.

• Sehubungan dengan butir terakhir diatas, diingatkan Sehubungan dengan butir terakhir diatas, diingatkan untuk tidak menggunakan metoda pendekatan diatas untuk tidak menggunakan metoda pendekatan diatas untuk menentukan diagram S-N dibawah 1000 siklus. untuk menentukan diagram S-N dibawah 1000 siklus. Hal ini disebabkan karena kurve diagram S-N dibawah Hal ini disebabkan karena kurve diagram S-N dibawah 1000 siklus biasanya sangat datar, akibat terjadinya 1000 siklus biasanya sangat datar, akibat terjadinya regangan plastis yang terlalu besar. Untuk kondisi ini regangan plastis yang terlalu besar. Untuk kondisi ini harus digunakan pendekatan “harus digunakan pendekatan “low cycle fatiguelow cycle fatigue” ”

2222

Pengaruh Tegangan Rata-RataPengaruh Tegangan Rata-Rata

– Beberapa nomenklatur yang dibutuhkan untuk Beberapa nomenklatur yang dibutuhkan untuk membahas tegangan rata-rata, gambar 1.6membahas tegangan rata-rata, gambar 1.6 maxmax minmin range tegangan range tegangan

aa maxmaxminmin amplitudo tegangan amplitudo tegangan

mm maxmax++minmin tegangan rata-rata tegangan rata-rata

• R = R = minmin / / maxmax = rasio tegangan = rasio tegangan

• A = A = aa / / mm = rasio amplitudo = rasio amplitudo

– Nilai R dan A untuk beberapa kondisi Nilai R dan A untuk beberapa kondisi pembebanan yang umum adalah sebagai berikut:pembebanan yang umum adalah sebagai berikut:• Beban bolak-balik penuh : R = -1 A = Beban bolak-balik penuh : R = -1 A = • Nol ke maksimum : R = 0 A = 1Nol ke maksimum : R = 0 A = 1

• Nol ke minimum : R = Nol ke minimum : R = A = -1 A = -1

2323

– Hasil pengujian kelelahan yang menggunakan tegangan Hasil pengujian kelelahan yang menggunakan tegangan rata-rata rata-rata 0 kerap digambarkan pada diagram Haigh ( 0 kerap digambarkan pada diagram Haigh ( aa - - mm ), dan garis umur konstannya ditarik dari titik-titik hasil ), dan garis umur konstannya ditarik dari titik-titik hasil pengujian, gambar 1.7 & 1.8).pengujian, gambar 1.7 & 1.8).

– Karena pengujian untuk menggambarkan diagram High Karena pengujian untuk menggambarkan diagram High sangat mahal, maka dikembangkanlah persamaan-sangat mahal, maka dikembangkanlah persamaan-persamaan empiris untuk menggambarkan wilayah disain persamaan empiris untuk menggambarkan wilayah disain dengan umur tidak terbatas. dengan umur tidak terbatas.

• Persamaan-persamaan berikut yang diperlihatkan Persamaan-persamaan berikut yang diperlihatkan pada gambar 1.9, sering digunakan untuk pada gambar 1.9, sering digunakan untuk menggambarkan umur disain tidak terbatas. menggambarkan umur disain tidak terbatas. – Soderberg (USA, 1930)Soderberg (USA, 1930) : : aa S See mm S Syy – Goodman (england,1899)Goodman (england,1899) : : aa S See mm S Su u – Gerber (Germany, 1874)Gerber (Germany, 1874) : : aa S See ( (mm S Suu))22 – Morrow (USA, 1960-an)Morrow (USA, 1960-an) : : aa S See mm S Sff

• Gambar 1.9Gambar 1.9

2424

• Dalam pembahasan mengenai Dalam pembahasan mengenai mm , hal-hal berikut , hal-hal berikut perlu dipertimbangkan:perlu dipertimbangkan:– Metoda Soderberg, sangat konservatif dan jarang Metoda Soderberg, sangat konservatif dan jarang

digunakandigunakan– Data test aktual cendrung terletak diantara kurve Data test aktual cendrung terletak diantara kurve

Goodman dan GerberGoodman dan Gerber– Untuk baja keras, Yang tegangan patahnya Untuk baja keras, Yang tegangan patahnya

mendekati tegangan sebenanya (true stress), mendekati tegangan sebenanya (true stress), maka garis Morrow maupun Goodman akan persis maka garis Morrow maupun Goodman akan persis sama. Sedangkan untuk material yang liat (sama. Sedangkan untuk material yang liat (ff > S > Suu) ) garis Morrow memperlihatkan kurang sensistif garis Morrow memperlihatkan kurang sensistif terhadap Tegangan rata-rata.terhadap Tegangan rata-rata.

– Untuk kebanyakan situasi perancangan kelelahan, Untuk kebanyakan situasi perancangan kelelahan, R <1, terlihat ada sedikit perbedaan dalam teori.R <1, terlihat ada sedikit perbedaan dalam teori.

– Pada wilayah dimana teori memperlihatkan Pada wilayah dimana teori memperlihatkan perbedaan yang mencolok (niali R mendekati 1), perbedaan yang mencolok (niali R mendekati 1), terdapat sangat sedikit data. Dalam wilayah ini, terdapat sangat sedikit data. Dalam wilayah ini, maka batas luluh bisa merupakan batas diasain. maka batas luluh bisa merupakan batas diasain.

2525

• Untuk perhitungan disain dengan umur terbatas, batas Untuk perhitungan disain dengan umur terbatas, batas lelah dalam setiap persamaan dapat diganti dengan lelah dalam setiap persamaan dapat diganti dengan aa

untuk R = -1 yang sesuai dengan umur terbatas tersebut.untuk R = -1 yang sesuai dengan umur terbatas tersebut.

• Contoh soal: Sebuah komponen yang menerima Contoh soal: Sebuah komponen yang menerima pembebanan siklis dengan tegangan maksimum 100 ksi pembebanan siklis dengan tegangan maksimum 100 ksi dan tegangan minimum 10 ksi. Komponen dibuat dari dan tegangan minimum 10 ksi. Komponen dibuat dari bahan baja dengan tegangan patah Sbahan baja dengan tegangan patah Suu = 150 ksi, batas = 150 ksi, batas

lelah Slelah See = 60 ksi dan amplitudo pada N = 60 ksi dan amplitudo pada NBB = 100 siklus dan = 100 siklus dan

R = -1 adalah SR = -1 adalah S10001000 = 110 ksi. Dengan menggunakan = 110 ksi. Dengan menggunakan

persamaan Goodman, tentukanlah umur dari komponen.persamaan Goodman, tentukanlah umur dari komponen.Penyelesaian: Tentukan Penyelesaian: Tentukan aa dan dan mm

a a = (= (makmak - - minmin )/2 = (110 - 10)/2 = 50 ksi )/2 = (110 - 10)/2 = 50 ksi

a a = (= (makmak + + minmin )/2 = (110 + 10)/2 = 60 ksi )/2 = (110 + 10)/2 = 60 ksi

2626

Penggambaran diagram Haigh dengan umur konstan Penggambaran diagram Haigh dengan umur konstan untuk 10untuk 1066 dan 10 dan 1033 siklus. Garis ini dibuat dengan siklus. Garis ini dibuat dengan menghubungkan batas lelah Smenghubungkan batas lelah See dan S dan S10001000 pada sumbu pada sumbu vertikal dengan Svertikal dengan Suu pada sumbu horizontal (sumbu pada sumbu horizontal (sumbu mm), gambar c1.1. Bila kondisi tegangan yang diterima ), gambar c1.1. Bila kondisi tegangan yang diterima komponen dimasukan kedalam diagram Haigh, maka komponen dimasukan kedalam diagram Haigh, maka titiknya akan jatuh diantara garis 10titiknya akan jatuh diantara garis 1066 dan 10 dan 1033. Ini . Ini artinya komponen mempunyai umur diatara 1000 dan artinya komponen mempunyai umur diatara 1000 dan 1000000 siklus. Garis umur konstan dari komponen 1000000 siklus. Garis umur konstan dari komponen dapat dibauat dengan menarik garis melalui titik Sdapat dibauat dengan menarik garis melalui titik Suu dan titik yang digambarkan oleh koordinat dan titik yang digambarkan oleh koordinat a a = 50 ksi = 50 ksi dan dan mm= 60ksi, dan garis ini akan memotong ordinat = 60ksi, dan garis ini akan memotong ordinat di titik 83 ksi. Nilai ini dapat pula dihitung sebgai di titik 83 ksi. Nilai ini dapat pula dihitung sebgai berikut:berikut:

2727

((a a /S/Snn) + () + (a a /S/Suu) = 1) = 1(50/S(50/Snn) + (60/150)= 1) + (60/150)= 1SSn n = 83 ksi= 83 ksiNilai SNilai Snn = 83 ksi kemudian dimasukan didalam diagram = 83 ksi kemudian dimasukan didalam diagram S-N untuk menentukan umur komponen, yaitu NB = 2.4 S-N untuk menentukan umur komponen, yaitu NB = 2.4 x 10x 1044 siklus. siklus.

•Dari penelitian memperlihatkan bahwa tegangan rata-Dari penelitian memperlihatkan bahwa tegangan rata-rata tekan akan menaikan umur komponen, seperti rata tekan akan menaikan umur komponen, seperti terlihat pada gambar 1.10. Tapi hal ini sulit diterapkan terlihat pada gambar 1.10. Tapi hal ini sulit diterapkan pada komponen bertakik. Pada komponen bertakik pada komponen bertakik. Pada komponen bertakik tegangan rata-rata tekan dianggap tidak memberi tegangan rata-rata tekan dianggap tidak memberi pengaruh.pengaruh.•Dari pengujian torsi terhadap komponen tak bertakik Dari pengujian torsi terhadap komponen tak bertakik memperlihatkan bahwa tegangan rata-rata tidak memperlihatkan bahwa tegangan rata-rata tidak memberi pengaruh bila ditambahkan dengan amplitodo memberi pengaruh bila ditambahkan dengan amplitodo tegangan geser bolak-balik (alternating). Kecendrungan tegangan geser bolak-balik (alternating). Kecendrungan ini tidak terlihat pada komponen yang bertakik.ini tidak terlihat pada komponen yang bertakik.

2828

LOW CYCLE FATIGUELOW CYCLE FATIGUE

• UmumUmum• Sifat MaterialSifat Material

– Karakteristik Tegangan-Regangan MonotonikKarakteristik Tegangan-Regangan Monotonik– Karakteristik Tegangan-Regangan SiklisKarakteristik Tegangan-Regangan Siklis– Pengerasan dan Pelunakan SiklisPengerasan dan Pelunakan Siklis– Menentukan Kurve Tegangan-Regangan Menentukan Kurve Tegangan-Regangan

SiklisSiklis• Tegangan-Regangan PlastisTegangan-Regangan Plastis• Kurve Regangan-UmurKurve Regangan-Umur• Menentukan Karakteristik LelahMenentukan Karakteristik Lelah• Pengaruh Tegangan Rata-RataPengaruh Tegangan Rata-Rata

2929

UMUMUMUM

• FATIK PADA UMUR SEKITAR 10000 SIKLUSFATIK PADA UMUR SEKITAR 10000 SIKLUS• DIGUNAKAN UNTUK MENDISAIN STRUKTUR DIGUNAKAN UNTUK MENDISAIN STRUKTUR

DENGAN UMUR YANG PENDEK SEPERTI DENGAN UMUR YANG PENDEK SEPERTI MISSILE, ATAU KONSTRUKSI YANG MISSILE, ATAU KONSTRUKSI YANG MENGALAMI OVERLOAD YANG BESARMENGALAMI OVERLOAD YANG BESAR

• PATAH FATIK SELALU DIMULAI DARI PATAH FATIK SELALU DIMULAI DARI DISKONTINUITAS LOKAL SEPERTI TAKIK, DISKONTINUITAS LOKAL SEPERTI TAKIK, RETAK ATAU DAERAH-DAERAH DENGAN RETAK ATAU DAERAH-DAERAH DENGAN KONSENTRASI TEGANGAN YANG BESAR. KONSENTRASI TEGANGAN YANG BESAR.

• MENURUT BAUSCHINGER (1910), BATAS MENURUT BAUSCHINGER (1910), BATAS ELASTIS DARI BESI DAN BAJA DAPAT DINAIK-ELASTIS DARI BESI DAN BAJA DAPAT DINAIK-TURUNKAN DENGAN CARA MEVARIASI TURUNKAN DENGAN CARA MEVARIASI TEGANGAN SIKLIS. TEGANGAN SIKLIS.

• Landgraf mempresentasikan low cycle fatigue Landgraf mempresentasikan low cycle fatigue dalam bentuk tegangan-regangan siklisdalam bentuk tegangan-regangan siklis

3030

Diagram Tegangan-regangan Diagram Tegangan-regangan HysteresisHysteresis

• Slope AB adalah Slope AB adalah modulus elastis Emodulus elastis E

= range tegangan

p = regangan plastis

e = regangan elastis

= regangan total

= = p + e

Sikl 1Sikl 3

Sikl 5

Sikl 2

Sikl 4

pe

A

B

Gambar 1

3131

TEGANGAN-REGANGAN SIKLISTEGANGAN-REGANGAN SIKLIS

• A = CYCLIC HARDENINGA = CYCLIC HARDENING

• B = CYCLIC SOFTENINGB = CYCLIC SOFTENING

• Fatigue ductility coef. Fatigue ductility coef. ’’ff adalah adalah regangan aktual pada saat regangan aktual pada saat patah ttk A gmb. 1patah ttk A gmb. 1

• Fatigue strength coef Fatigue strength coef ’’f f adalah adalah tegangan aktual pada saat tegangan aktual pada saat patah ttk A gamb. 1patah ttk A gamb. 1

• Fatigue ductility exponent c = Fatigue ductility exponent c = slope regangan plastis gmb 3slope regangan plastis gmb 3

• Fatigue strength exponent b = Fatigue strength exponent b = slope grs regangan elastis gmb slope grs regangan elastis gmb 3 3

MONOTONIK

A

B

Gambar 2

tegangan

regangan

3232

DIAGRAM DIAGRAM - N, SECARA - N, SECARA SKEMATISSKEMATIS

(p/2) = ’f(2N)C(e/2) = ’f/E (2N)b

(t/2)= ’f(2N)C + ’f/E (2N)b

2NB

2a

2Nt

’f/E

’f

Gambar 3

3333

• Amplitodo regangan total Amplitodo regangan total (t/2)= (e/2) + + (p/2) = ’f(2N)C + ’f/E (2N)b

•Regangan plastis(p/2) = ’f(2N)C

•Regangan elastis (e/2) = ’f/E (2N)b

•Manson = (3.5Su)/EN0.12 + (f/N)

3434

• Amplitudo tegangan a = /2 = K’(p/2 )Dimana : K’ adalah cyclic strength coef., n’ = cyclic strain hardening exponent

• Kemudian:– Amplitudo plastis

(p/2) = (a/K’ )– Amplitudo elastis– (e/2) = (a/E )

• K’ diperoleh dari ’f/ (’f) n’

3535

FAKTOR-FAKTOR KELELAHANFAKTOR-FAKTOR KELELAHAN

– DimensiDimensi– Jenis bebanJenis beban– Kekasaran permukaanKekasaran permukaan– perlakuan panasperlakuan panas– TemperaturTemperatur– Lingkungan Lingkungan

3636

Pengaruh DimensiPengaruh Dimensi• Kegagalan fatik dari material Kegagalan fatik dari material

tergantung dari interaksi antara tergantung dari interaksi antara tegangan yang tinggi dengan tegangan yang tinggi dengan daerah kritis. Fatik dikontrol oleh daerah kritis. Fatik dikontrol oleh bagian yang terlemah dari bagian yang terlemah dari material, dan bagian ini material, dan bagian ini bertambah seiring dengan bertambah seiring dengan pertambahan volume material.pertambahan volume material.

• Pengaruh dimensi berkaitan Pengaruh dimensi berkaitan dengan lapisan tipis permukaan dengan lapisan tipis permukaan material yang menerima lebih material yang menerima lebih dari 95% tegangan permukaan dari 95% tegangan permukaan maksimum material.maksimum material.

+

-

Gambar 4

3737

• Komponen yang besar akan mempunyai gradien Komponen yang besar akan mempunyai gradien tegangan yang lebih rendah, sehingga lebih banyak tegangan yang lebih rendah, sehingga lebih banyak volume material yang menerima pembebanan yang volume material yang menerima pembebanan yang besar, gbr. 4. Akibatnya kemungkinan terjadinya initiasi besar, gbr. 4. Akibatnya kemungkinan terjadinya initiasi retak fatik akan lebih besar. Konsep ini didukung oleh retak fatik akan lebih besar. Konsep ini didukung oleh hasil pengujian, yang menunjukan bahwa beban aksial hasil pengujian, yang menunjukan bahwa beban aksial tidak sensitif terhadap dimensi bial dibandingkan dengan tidak sensitif terhadap dimensi bial dibandingkan dengan beban lengkung maupun torsi, karena beban aksial tidak beban lengkung maupun torsi, karena beban aksial tidak menimbulkan gradien tegangan. menimbulkan gradien tegangan.

• Ide tentang bagian volume yang menerima konsentrasi Ide tentang bagian volume yang menerima konsentrasi tegangan yang tinggi sangat penting didalam tegangan yang tinggi sangat penting didalam menganalisa gradien tegangan pada suatu takik. menganalisa gradien tegangan pada suatu takik.

3838

• Faktor pengaruh dimensi empiris:Faktor pengaruh dimensi empiris:– Cukr = 3,1 Cukr = 3,1 : bila d : bila d 0,3 in 0,3 in

0,869d0,869d-0,097-0,097 : bila 0,3 in : bila 0,3 in d d 10 in atau 10 in atau– Cukr = 1,0Cukr = 1,0 : bila d : bila d 8 mm 8 mm

0,189d0,189d-0,097-0,097 : bila 8 mm : bila 8 mm d d 250 mm, 250 mm,

dimana d = diamaeter komponendimana d = diamaeter komponen

• Hal-hal penting lainnya berkenaan dengan pengaruh Hal-hal penting lainnya berkenaan dengan pengaruh dimensi:dimensi:– Efek tersebut terlihat pada umur yang sangat panjangEfek tersebut terlihat pada umur yang sangat panjang– Efek tersebut kecil sampai diameter 2,0 in, baik untuk Efek tersebut kecil sampai diameter 2,0 in, baik untuk

lengkung maupun torsilengkung maupun torsi– Berkenaan dengan masalah-masalah pengerjaan pada Berkenaan dengan masalah-masalah pengerjaan pada

komponen yang besar, kemungkinan terjadinya tegangan sisa komponen yang besar, kemungkinan terjadinya tegangan sisa dan berbagai variabel metalurgi lainnya lebih besar ketimbang dan berbagai variabel metalurgi lainnya lebih besar ketimbang efek dimensi.efek dimensi.

3939

• PENGARUH BEBANPENGARUH BEBAN– Rasio batas lelah (tes lengkung dan torsi) Rasio batas lelah (tes lengkung dan torsi)

0,6 - 0,90,6 - 0,9SSee(axial) = 0,70 S(axial) = 0,70 See (lengkung) (lengkung)

– Rasio batas lelah (tes torsi dan lengkung Rasio batas lelah (tes torsi dan lengkung rotasi) 0,5 - 0,6 atau 0,577 sesuai teori rotasi) 0,5 - 0,6 atau 0,577 sesuai teori kegagalan Von Mises.kegagalan Von Mises.

ee(torsi) = 0,577 S(torsi) = 0,577 See (lengkung) (lengkung)

4040

• PENGERJAAN PERMUKAANPENGERJAAN PERMUKAAN

– Goresan, bekas pengerjaan serta lubang-lubang kecil (pit) Goresan, bekas pengerjaan serta lubang-lubang kecil (pit) akan menambah konsentrasi tegangan pada bagian-bagian akan menambah konsentrasi tegangan pada bagian-bagian kritis. kritis.

– Pengaruh pengerjaan permukaan pada material dengan Pengaruh pengerjaan permukaan pada material dengan butir yang halus dan merata (haigh strength steel)lebih kecil butir yang halus dan merata (haigh strength steel)lebih kecil dibandingkan dengan material yang mempunyai batas butir dibandingkan dengan material yang mempunyai batas butir kasar dan tidak merata seperti besi tuangkasar dan tidak merata seperti besi tuang

– Beberapa hal penting berkenaan dengan pengaruh pengerjaan Beberapa hal penting berkenaan dengan pengaruh pengerjaan permukaan:permukaan:

• Kondisi permukaan akan lebih penting bagi baja dengan Kondisi permukaan akan lebih penting bagi baja dengan kekuatan yang lebih tinggikekuatan yang lebih tinggi

• Tegangan sisa permukaan akibat pengerjaan mungkin menjadi Tegangan sisa permukaan akibat pengerjaan mungkin menjadi sangat pentingsangat penting

• Pada umur komponen yang pendek, dimana retak Pada umur komponen yang pendek, dimana retak mendominasi umur komponen, kondisi permukaan kurang mendominasi umur komponen, kondisi permukaan kurang berpengaruh terhadap umur lelah.berpengaruh terhadap umur lelah.

• Ketidak teraturan permukaan lokal seperti bekas “Ketidak teraturan permukaan lokal seperti bekas “stampingstamping”” dapat berlaku sebagai pusat konsentrasi tegangan, jadi tidak dapat berlaku sebagai pusat konsentrasi tegangan, jadi tidak dapat dapat diabaikandiabaikan

4141

S-N Curve of automotive leaf spring materials at R = -1

200

400

600

800

10000 100000 1000000 10000000Load cycles (Nf)

Str

es

s a

mp

litu

de

(M

Pa

)

A920T480

A920T480SP1

A920T480SP2

A920T480SP3

Log. (A920T480)

Log.(A920T480SP1)Log.(A920T480SP2)Log.(A920T480SP3)

4242

PERLAKUAN PANASPERLAKUAN PANAS– Setiap perlakuan panas akan memberi pengaruh Setiap perlakuan panas akan memberi pengaruh

yang berarti terhadap umur lelah komponen, yang berarti terhadap umur lelah komponen, karena retak lelah biasanya selalu dimulai dari karena retak lelah biasanya selalu dimulai dari permukaan.permukaan.

– Kekuatan lelah akibat perlakukan panas sangat Kekuatan lelah akibat perlakukan panas sangat dipengaruhi oleh tegangan sisa yang terjadi pada dipengaruhi oleh tegangan sisa yang terjadi pada permukaan bendea permukaan bendea

4343

PENGARUH TEMPERATURPENGARUH TEMPERATUR

• Temperatur menyebabkan Temperatur menyebabkan perubahan sifat-sifat perubahan sifat-sifat mekanis materialmekanis material

• Bila ada mean stress, Bila ada mean stress, maka material maka material kemungkinan akan kemungkinan akan mengalami creepmengalami creep

• Temperatur tinggi Temperatur tinggi menyebabkan hilangnya menyebabkan hilangnya batas lelahbatas lelah

• Temperatur tinggi Temperatur tinggi memobilisasi dislokasi dan memobilisasi dislokasi dan menurunkan daya tahan menurunkan daya tahan fatik (fatigue resistance)fatik (fatigue resistance)PENGARUH TEMPERATUR

TERHADAP BATAS LELAH (N = 107) BEBERAPA CARBON DAN ALLOY STEEL

ARCO IRON, AS ROLLED

2NiCrMo, dikeraskan dan temper

BS 420S37, dikeraskan, temper

BS070M26, normalizing

BS070M20, normalizing31/2 Ni, dikeraskan, temper

temperatur0 500200 400

Batas lelah MPa

0

200

400

600

4444

PENGARUH KOROSI (Lingkungan)PENGARUH KOROSI (Lingkungan)

• Menurunkan kekuatan lelah, karena terjadi Menurunkan kekuatan lelah, karena terjadi porositas/kekasaran dan lobang-lobang pada porositas/kekasaran dan lobang-lobang pada permukaan benda.permukaan benda.

• Bahaya paling besar karena disebabkan oleh Bahaya paling besar karena disebabkan oleh terjadinya tegangan dan korosif secara bersamaanterjadinya tegangan dan korosif secara bersamaan

• Jadi bila beban siklis bekerja pada lingkungan Jadi bila beban siklis bekerja pada lingkungan korosif, maka struktur pasti akan gagalkorosif, maka struktur pasti akan gagal

• Pada lingkungan korosif, frekuensi beban menjadi Pada lingkungan korosif, frekuensi beban menjadi faktor penting dalam penurunan umur komponen. faktor penting dalam penurunan umur komponen. Makin pelan frekuensi dan makin tinggi Makin pelan frekuensi dan makin tinggi temperatur, maka rambat retak menjadi lebih temperatur, maka rambat retak menjadi lebih cepat dan umur konstgruksi menjadi lebih pendek, cepat dan umur konstgruksi menjadi lebih pendek, pada stress level yang sama pada stress level yang sama

4545

FATIGUE LIFEFATIGUE LIFE PREDICTIONPREDICTIONAKUMULASI KERUSAKAN FATIK AKUMULASI KERUSAKAN FATIK

((FATIGUE DAMAGE ACCUMATION)FATIGUE DAMAGE ACCUMATION)

DR.-ING. PUTU M. SANTIKADR.-ING. PUTU M. SANTIKA

PROGRAM MAGISTER TEKNIK MESINPROGRAM MAGISTER TEKNIK MESIN

INSTITUT SAIN DAN TEKNOLOGI NASIONALINSTITUT SAIN DAN TEKNOLOGI NASIONAL

JAKARTA, AGUSTUS 2007JAKARTA, AGUSTUS 2007

4646

BAHASANBAHASAN• PENDAHULUANPENDAHULUAN

• UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTANKONSTAN– METODA WOEHLERMETODA WOEHLER– METODA PALMGRENMETODA PALMGREN– METODA MANSON-COFFINMETODA MANSON-COFFIN

• ANALISA UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN ANALISA UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO BERVARIASI (ACAK)AMPLITUDO BERVARIASI (ACAK)– PENGUKURAN BEBAN LAPANGANPENGUKURAN BEBAN LAPANGAN– PEMBUATAN BEBAN KOLEKTIFPEMBUATAN BEBAN KOLEKTIF– PENETUAN RASIO SIKLUS BEBAN DENGAN JARAK TEMPUH/ JAM PENETUAN RASIO SIKLUS BEBAN DENGAN JARAK TEMPUH/ JAM

OPERASIOPERASI– TABEL URUTAN AMPLITUDOTABEL URUTAN AMPLITUDO

• PERHITUNGAN UMUR OPERASIPERHITUNGAN UMUR OPERASI– METODA MINERMETODA MINER– MODIFIKASI MINERMODIFIKASI MINER

4747

PENDAHULUANPENDAHULUAN• BEBAN SIKLIS MENYEBABKAN KELELAHAN PADA KONSTRUKSIBEBAN SIKLIS MENYEBABKAN KELELAHAN PADA KONSTRUKSI

• BERBEDA DENGAN BEBAN AMPLITUDO KONSTAN, MAKA BERBEDA DENGAN BEBAN AMPLITUDO KONSTAN, MAKA BEBAN OPERASI/LAPANGAN SENANTIASA MEMPUNYAI BEBAN OPERASI/LAPANGAN SENANTIASA MEMPUNYAI AMPLITUDO BERVARIASI DAN SERING SANGAT KOMPLEKAMPLITUDO BERVARIASI DAN SERING SANGAT KOMPLEK

• MASALAH UMUR OPERASI AKAN SELALU MENJADI PERHATIAN MASALAH UMUR OPERASI AKAN SELALU MENJADI PERHATIAN PARA INSINYUR/ PEREKAYASA YANG MERANCANG PARA INSINYUR/ PEREKAYASA YANG MERANCANG KONSTRUKSI YANG MENERIMA PEMBEBANAN SIKLISKONSTRUKSI YANG MENERIMA PEMBEBANAN SIKLIS

• UMUR OPERASI DAPAT DIANALISA SECARA:UMUR OPERASI DAPAT DIANALISA SECARA:– ANALITISANALITIS

• BEBAN AMPLITUDO KONSTANBEBAN AMPLITUDO KONSTAN

• BEBAN AMPLITODO BERVARIASI (ACAK)BEBAN AMPLITODO BERVARIASI (ACAK)

– EXPERIMENTALEXPERIMENTAL• BEBAN AMPLITUDO KONSTANBEBAN AMPLITUDO KONSTAN

• BEBAN AMPLITODO BERVARIASI (ACAK)BEBAN AMPLITODO BERVARIASI (ACAK)

4848

UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTANAMPLITUDO KONSTAN

• METODA WOEHLER (1870)METODA WOEHLER (1870)

• METODA PALMGREN (1924)METODA PALMGREN (1924)

• METODA MANSON-COFFIN (1955)METODA MANSON-COFFIN (1955)

• METODA BASQUIN METODA BASQUIN

• METODA MORROW (MANSON-METODA MORROW (MANSON-COFFIN-BASQUIN)-(1960)COFFIN-BASQUIN)-(1960)

4949

UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTANUMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTAN METODA PALMGRENMETODA PALMGREN

• PADA TAHUAN 1924 PALMGREN MENGHITUNG PADA TAHUAN 1924 PALMGREN MENGHITUNG UMUR OPERASI BANTALAN GLINDING DENGAN UMUR OPERASI BANTALAN GLINDING DENGAN PERSAMAAN:PERSAMAAN:

• L = 10L = 1066(C/P)(C/P)nn

• DIMANA:DIMANA:– n = 3 UNTUK BANTALAN PELURU DANn = 3 UNTUK BANTALAN PELURU DAN– n = 10/3 UNTUK BANTALAN ROLn = 10/3 UNTUK BANTALAN ROL– L = UMUR BANTALAN DALAM PUTARANL = UMUR BANTALAN DALAM PUTARAN– C = GAYA DUKUNG DINAMIS (KN) UNTUK UMUR BANTALAN C = GAYA DUKUNG DINAMIS (KN) UNTUK UMUR BANTALAN

101066 PUTARAN DENGAN KEMUNGKINAN RUSAK 10% PUTARAN DENGAN KEMUNGKINAN RUSAK 10%– P = BEBAN BANTALAN EQUIVALEN (KN)P = BEBAN BANTALAN EQUIVALEN (KN)

5050

UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTANUMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTAN METODA WOEHLERMETODA WOEHLER

• DENGAN METODA WOEHLER UMUR KONSTRUKSI DENGAN METODA WOEHLER UMUR KONSTRUKSI DIHITUNG DENGAN PERSAMAAN:DIHITUNG DENGAN PERSAMAAN:

•NNii = N = NDD((aiai/ / DD ) ) -K-K

•LOG

ai

D

LOG NNi ND

K = 1/tg.

5151

UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTANUMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTAN METODA MANSON-COFFIN-METODA MANSON-COFFIN-

BASQUINBASQUIN• MANSON-COFFIN (MANSON-COFFIN (1955) MENGHITUNG UMUR KONSTRUKSI 1955) MENGHITUNG UMUR KONSTRUKSI

YANG MENGALAMI PERUBAHAN PLASTIS DENGAN PERSAMAAN:YANG MENGALAMI PERUBAHAN PLASTIS DENGAN PERSAMAAN:

• ((pp/2) = /2) = f’f’(2N)(2N)CC

• BASQUINBASQUIN: MENGHITUNG UMUR KONSTRUKSI BERDASARKAN : MENGHITUNG UMUR KONSTRUKSI BERDASARKAN REGANGAN ELASTIS YANG DIALAMI KOMPONENREGANGAN ELASTIS YANG DIALAMI KOMPONEN

• ((ee/2) = /2) = f’f’/E (2N)/E (2N)bb

• MORROW MORROW (MANSON-COFFIN-BASQUIN): MENGHITUNG UMUR (MANSON-COFFIN-BASQUIN): MENGHITUNG UMUR KONSTRUKSI BERDASARKAN REGANGAN TOTAL YANG DIALAMI KONSTRUKSI BERDASARKAN REGANGAN TOTAL YANG DIALAMI OLEH KONSTRUKSI DENGAN PERSAMAAN:OLEH KONSTRUKSI DENGAN PERSAMAAN:

• ((tt/2) = (/2) = (pp/2) + (/2) + (ee/2) /2)

• ((tt/2)= /2)= f’f’(2N)(2N)C C ++ f’f’/E (2N)/E (2N)bb

5252

UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTANUMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO KONSTAN METODA MANSON-COFFIN-METODA MANSON-COFFIN-

BASQUINBASQUIN• DIAGRAM DIAGRAM - N, SECARA SKEMATIS - N, SECARA SKEMATIS

(p/2) = f’(2N)C(e/2) = f’/E (2N)b

(t/2)= f’(2N)C + f’/E (2N)b

2NB

2a

2Nt

f’/E

f’

5353

ANALISA UMUR KONSTRUKSI PADA ANALISA UMUR KONSTRUKSI PADA BEBAN AMPLITUDO BERVARIASIBEBAN AMPLITUDO BERVARIASI

– MATERI BAHASANMATERI BAHASAN• KONDISI ALAMIAH KERUSAKAN FATIK DAN KONDISI ALAMIAH KERUSAKAN FATIK DAN

KAITANNYA DENGAN SEJARAH PEMBEBANANKAITANNYA DENGAN SEJARAH PEMBEBANAN• METODA KERUSAKAN KUMULATIF PADA METODA KERUSAKAN KUMULATIF PADA

PERIODE AWAL LELAHPERIODE AWAL LELAH• METODA PENGHITUNGAN SIKLUS BEBAN METODA PENGHITUNGAN SIKLUS BEBAN

(COUNTING METHOD) YANG DIGUNAKAN (COUNTING METHOD) YANG DIGUNAKAN UNTUK MENILAI KEJADIAN KERUSAKAN PADA UNTUK MENILAI KEJADIAN KERUSAKAN PADA BEBAN ACAKBEBAN ACAK

• PERAMBATAN RETAK PADA BEBAN PERAMBATAN RETAK PADA BEBAN AMPLITUDO BERVARIASIAMPLITUDO BERVARIASI

• METODA UNTUK PENGANALISAAN FATIK METODA UNTUK PENGANALISAAN FATIK KARENA BEBAN LAPANGANKARENA BEBAN LAPANGAN

5454

DEFINISI KERUSAKAN FATIKDEFINISI KERUSAKAN FATIK

• MEKANISME KERUSAKAN KUMULATIFMEKANISME KERUSAKAN KUMULATIF PADA PADA PERIODE AWAL RETAK BERBEDA DENGAN PERIODE AWAL RETAK BERBEDA DENGAN PERIODE RETAK BERKEMBANGPERIODE RETAK BERKEMBANG

• PADA PADA PERIODE RETAK BERKEMBANGPERIODE RETAK BERKEMBANG,,– Kerusakan Berkorelasi Langsung Dengan Panjang RetakKerusakan Berkorelasi Langsung Dengan Panjang Retak– Metoda Anlisa Retak Berkembang, Urutan Beban Dikorelasikan Metoda Anlisa Retak Berkembang, Urutan Beban Dikorelasikan

Dengan Perpanjangan RetakDengan Perpanjangan Retak– Kerusakan Dapat Dihubungkan Dengan Penomena Yang Kerusakan Dapat Dihubungkan Dengan Penomena Yang

Terukur Dan TerpantauTerukur Dan Terpantau– Dalam Industri Penerbangan, Inspeksi Interval Menjadi Satu Dalam Industri Penerbangan, Inspeksi Interval Menjadi Satu

Kesatuan Prosedur Dengan Desain “Kesatuan Prosedur Dengan Desain “Damage ToleranceDamage Tolerance””

5555

PADA PADA PERIODE RETAK AWALPERIODE RETAK AWAL– Mekanismenya Lebih Rumit, Dan Terjadi Pada Level Mekanismenya Lebih Rumit, Dan Terjadi Pada Level

““microscopicmicroscopic””– Dihubungksan dengan dislokasi, pita slip, retak mikro, Dihubungksan dengan dislokasi, pita slip, retak mikro,

dll, dan ini hanya bisa diamati dialboratorium dengan dll, dan ini hanya bisa diamati dialboratorium dengan peralatan yang baik.peralatan yang baik.

– Oleh karenya, metoda analisa kerusakan kumulatif Oleh karenya, metoda analisa kerusakan kumulatif bersifat empiris.bersifat empiris.

– Pengujian dilakukan terhadap benda uji standar yang Pengujian dilakukan terhadap benda uji standar yang kecilkecil

– Umur lelah didefinisikan sebgai terputusnya benda uji Umur lelah didefinisikan sebgai terputusnya benda uji pada pengujian kelelahan.pada pengujian kelelahan.

5656

METODA AKUMULASI KERUSAKAN METODA AKUMULASI KERUSAKAN PADA PERIODE AWAL RETAKPADA PERIODE AWAL RETAK

• METODA AKUMULASI KEUSAKAN LINIERMETODA AKUMULASI KEUSAKAN LINIER– DIPERKENALKAN PERTMA KALI OLEH DIPERKENALKAN PERTMA KALI OLEH PALMGRENPALMGREN (1924) (1924)

UNTUK MENGHITUNG UMUR OPERASI BANTALAN UNTUK MENGHITUNG UMUR OPERASI BANTALAN GLINDINGGLINDING

– KEMUDIAN PADA TAHUN 1945KEMUDIAN PADA TAHUN 1945 MINER MINER MENGEMBANGKAN MENGEMBANGKAN DAN MEMPOPULERKAN SUATU METODA PERHITUNGAN DAN MEMPOPULERKAN SUATU METODA PERHITUNGAN UMUR KONSTRUKSI BERDASARKAN KONSEP UMUR KONSTRUKSI BERDASARKAN KONSEP “KERUSAKAN KUMULATIF LINIER”“KERUSAKAN KUMULATIF LINIER”

– DASAR METODA MINER:DASAR METODA MINER:• BEBAN KOLEKTIFBEBAN KOLEKTIF

• DIAGRAM S-N ATAU HAIGHDIAGRAM S-N ATAU HAIGH

• PERSAMAAN MATEMATIS YANG MENGGAMBARKAN PERSAMAAN MATEMATIS YANG MENGGAMBARKAN KERUSAKAN LELAH KUMULATIFKERUSAKAN LELAH KUMULATIF

5757

TERMINOLOGI DAN KONSEP:TERMINOLOGI DAN KONSEP:

TERMINOLOGITERMINOLOGI– n/N = PERBANDINGAN SIKLUSn/N = PERBANDINGAN SIKLUS– DIMANA: n = JUMLAH SIKLUS PADA LEVEL TEGANGAN SDIMANA: n = JUMLAH SIKLUS PADA LEVEL TEGANGAN S– N = UMUR LELAH PADA LEVEL TEGANGAN SN = UMUR LELAH PADA LEVEL TEGANGAN S– FRAKSI KERUSAKAN Di = ni/NiFRAKSI KERUSAKAN Di = ni/Ni– ANGKA KERUSAKAN D = ANGKA KERUSAKAN D = Di = Di = ni/Nini/Ni– KERUSAKAN TERJADI BILA D KERUSAKAN TERJADI BILA D 1 1

• KONSEP AKUMULASI KERUSAKAN LINIERKONSEP AKUMULASI KERUSAKAN LINIER::– FRAKSI KERUSAKAN Di YANG DIAKIBATKAN OLEH TEGANGAN Si FRAKSI KERUSAKAN Di YANG DIAKIBATKAN OLEH TEGANGAN Si

ADALAH SAMA DENGAN RASIO SIKLUS: ni/NiADALAH SAMA DENGAN RASIO SIKLUS: ni/Ni– CONTOH: D UNTUK 1 SIKLUS BEBAN = 1/N, DENGAN KATA LAIN 1 CONTOH: D UNTUK 1 SIKLUS BEBAN = 1/N, DENGAN KATA LAIN 1

SIKLUS BEBAN YANG BEKERJA PADA KONSTRUKSI AKAN SIKLUS BEBAN YANG BEKERJA PADA KONSTRUKSI AKAN MENGAMBIL 1/N UMUR TOTAL KONSTRUKSI.MENGAMBIL 1/N UMUR TOTAL KONSTRUKSI.

5858

KONSEP MINERKONSEP MINER

KERUSAKAN

DNini

Nn

Nn

Nn ....

22

11

n1n2

n3

N1 N2 N3

a

Log N

a

H =Keseringan

BEBAN KOLEKTIF

DIAGRAM S-N

5959

KETERBATASAN KONSEP KETERBATASAN KONSEP AKUMULASI KERUSAKAN LINIERAKUMULASI KERUSAKAN LINIER

• KONSEP AKUMULASI KERUSAKAN LINIER KONSEP AKUMULASI KERUSAKAN LINIER MEMPUNYAI BEBERAPA KEKURANGAN POKOK, MEMPUNYAI BEBERAPA KEKURANGAN POKOK, YAITU:YAITU:– EFEK URUTAN AMPLITUDO TIDAK DIPERHITUNGKAN EFEK URUTAN AMPLITUDO TIDAK DIPERHITUNGKAN

DIDALAM MENGHITUNG UMUR KONSTRUKSIDIDALAM MENGHITUNG UMUR KONSTRUKSI– TIDAK BERGANTUNG PADA BESAR KECILNYA APLITUDO. TIDAK BERGANTUNG PADA BESAR KECILNYA APLITUDO.

DALAM HAL INI TINGKAT PERTAMBAHAN(DALAM HAL INI TINGKAT PERTAMBAHAN(RATERATE) ) AKUMULASI KERUSAKAN TIDAK BERGANTUNG PADA AKUMULASI KERUSAKAN TIDAK BERGANTUNG PADA LEVEL TEGANGANLEVEL TEGANGAN

– AMPLITUDO DIBAWAH BATAS LELAH DIANGGAP TIDAK AMPLITUDO DIBAWAH BATAS LELAH DIANGGAP TIDAK MEMBERI KERUSAKANMEMBERI KERUSAKAN

6060

MODIFIKASI METODA MINERMODIFIKASI METODA MINER

• JACOBYJACOBY

• HAIBACHHAIBACH

• CORTEN-DOLANCORTEN-DOLAN

• ZENNER-LIUZENNER-LIU– MODIFIKASI OLEH MODIFIKASI OLEH JACOBY JACOBY MERUPAKAN MODIFIKASI YANG MERUPAKAN MODIFIKASI YANG

PALING SEDERHANA. JACOBY MENGGANTI NILAI S = 1 DENGAN PALING SEDERHANA. JACOBY MENGGANTI NILAI S = 1 DENGAN NILAI C. DIMANA C DIPEROLEH SECARA EXPERIMENTAL DAN NILAI C. DIMANA C DIPEROLEH SECARA EXPERIMENTAL DAN DIPENGARUHI OLEH MATERIAL, JENIS PENGUJIAN DAN URUTAN DIPENGARUHI OLEH MATERIAL, JENIS PENGUJIAN DAN URUTAN PEMBEBANAN. DENGAN MENGAMBIL C = 0,3, YACOBY PEMBEBANAN. DENGAN MENGAMBIL C = 0,3, YACOBY MENDAPATKAN BAHWA SEKITAR 90% UMUR OPERASI MENDAPATKAN BAHWA SEKITAR 90% UMUR OPERASI

MATERIAL ALUMINIUM TERLETAK PADA DAERAH KONSERVATIF MATERIAL ALUMINIUM TERLETAK PADA DAERAH KONSERVATIF

6161

METODA HAIBACHMETODA HAIBACH

• HAIBACH HAIBACH BERANGGAPAN BAHWA AMPLITUDO DIBAWAH BATAS BERANGGAPAN BAHWA AMPLITUDO DIBAWAH BATAS LELAH JUGA MEMBERI KERUSAKAN PADA MATERIAL. OLEH LELAH JUGA MEMBERI KERUSAKAN PADA MATERIAL. OLEH KARENANYA HAIBACH MEMPERPANJANG KURVE DAERAH PATAH KARENANYA HAIBACH MEMPERPANJANG KURVE DAERAH PATAH TERUS KEBAWAH MELEWATI GARIS BATAS LELAH SAMPAI TERUS KEBAWAH MELEWATI GARIS BATAS LELAH SAMPAI MEMOTONG GARIS MEMOTONG GARIS aa = 0 DENGAN KEMIRINGAN (2k = 0 DENGAN KEMIRINGAN (2kBB-1). -1).

KERUSAKANNini

Nn

Nn

NnD ....

22

11

a

Log NH =Keseringan

BEBAN KOLEKTIF

DIAGRAM S-Na

k = , MINER ASLI

kB= kemiringan komponen

I II (haibach)

I: k = kB

II: k = 2kB-1

MINER-ELEMENTER

6262

METODA CORTEN-DOLANMETODA CORTEN-DOLAN

• PERHITUNGAN UMUR KONSTRUKSI MERNURUT CORTEN-PERHITUNGAN UMUR KONSTRUKSI MERNURUT CORTEN-DOLAN JUGA BERDASARKAN METODA MINER.DOLAN JUGA BERDASARKAN METODA MINER.

• PERBEDAANNYA HANYA TERLETAK PADA DIAGRAM S-N PERBEDAANNYA HANYA TERLETAK PADA DIAGRAM S-N YANG DIGUNAKAN UNTUK MENGHITUNG FRAKSI YANG DIGUNAKAN UNTUK MENGHITUNG FRAKSI KERUSAKAN,DALAM HAL INI SEMUA APLITUDO BEBAN KERUSAKAN,DALAM HAL INI SEMUA APLITUDO BEBAN DIBAWAH BATAS LELAH JUGA MEMBERI KERUSAKAN PADA DIBAWAH BATAS LELAH JUGA MEMBERI KERUSAKAN PADA KONSTRUKSI.KONSTRUKSI.

• UMUR OPERASI DARI KONSTRUKSI DIHITUNG UMUR OPERASI DARI KONSTRUKSI DIHITUNG BERDASARKAN PERSAMAAN: BERDASARKAN PERSAMAAN:

d

aai

j

ii

NN

11

1

DIMANA:

•N = SIKLUS PATAH

•N1=SIKLUS PATAH PADA LEVEL TEGANGAN TERBESAR 1

i = RASIO RELATIF SIKLUS TEGANGAN DENGAN

AMPLITUDO RELATIF ai , TERHADAP BEBAN KOLEKTIF

•i = (1…j) JUMLAH DARI LEVEL TEGANGAN

•1/d = KEMIRINGAN DARI DIAGRAM S-N YANG FIKTIF

6363

DIAGRAM S-N MENURUT DIAGRAM S-N MENURUT CORTEN-DOLAN (TH. 60-AN)CORTEN-DOLAN (TH. 60-AN)

LOG a

(a )1

(a )i

N1 Ni

d1d2

DIAGRAM S-N YANG SEBENARNYADIAGRAM S-N CORTEN-DOLAN

LOG N

(|d2| >|d1|)

k = KEMIRINGAN

KURVE S-N d = (0,7 - 1,0) k, UNTUK BAJA DENGAN

y/D = 1,2 - 1,5

d = (1 - 1,6) k, UNTUK ALUMINIUM

DENGAN y/D = 2 - 3

6464

METODA ZENNER-LIU (1994)METODA ZENNER-LIU (1994)

• KONSEP ZENNER-LIU DIPERLIHATKAN PADA GAMBAR KONSEP ZENNER-LIU DIPERLIHATKAN PADA GAMBAR BERIKUTBERIKUT

HO ND

KESERINGAN H, SERTA SIKLUS PATAH log (N)

LOG a

(a)1

D

(D)* =

D/2

BEBAN KOLEKTIV

kB

k* = (kB+m)/2

m

KURVE S-N PERAMBATAN RETAK

KOMPONEN ASLI

ZENNER-LIU

METODA PERHITUNGAN SAMA DENGAN MINER

KURVE S-N DIPUTAR KEARAH KURVE RAMBATAN RETAK DENGAN KEMIRINGAN k* DAN

DIMULAI DARI (a)1

BATAS LELAH PADA ZENNER- LIUADALAH (D)* = D/2

KERUSAKANNini

Nn

Nn

NnD ....

22

11

6565

CYCLE COUNTINGCYCLE COUNTING

• LEVEL CROSSINGLEVEL CROSSING

• PEAKPEAK

• SIMPLE RANGESIMPLE RANGE

• MARKOFF MATRIKMARKOFF MATRIK

• RAINFLOWRAINFLOW