Metode Analisis Perilaku Kelelehan Material Baja Karbon Akibat Pengaruh Beban Lentur Putar (Rotating Bending Loads) (Harkali Setiyono) p=,
METODE ANALISIS PERILAKU KELELAHAN MATERIAL BAJA KARBON AKIBA T PENGARUH BEBAN LENTUR PUTAR ( ROTATING BENDING LOADS) Harkali Setiyono OPT - Laboratorium Uji Konstruksi B P P Teknologi Kompleks PUSPIPTEK Serpong - Tangerang 15310 Telp. (021) 7560562 ext 1043, Fax. (021) 7560903, E-mail:
[email protected]
ABSTRAK METODE ANALISIS PERILAKU
KELELAHAN
MATERIAL
BAJA KARBON AKIBA T PENGARUH
BEBAN
LENTUR PUT AR (ROTATING BENDING LOADS). Makalah ini menyajikan suatu metode analisis untuk mengevaluasi perilaku kelelahan material baja karbon yang dibebani lentur putar ( Rotating bending loads ). Metode analisis tersebut didasarkan pada penggunaan teori Neuber dan Paris, dimana pendekatan Neuber ditu-jukan untuk memprediksi siklus pembentukan awal retak sedang pendekatan Paris untuk mengevaluasi siklus dan perilaku perambatan retak lelahnya. Ketelitian hasil prediksi teoritis diverifikasi menggunakan sejumlah hasil pengujian kelelahan material b~a karbon berbentuk silindris yang bertakikan V dengan beban uji lenturputar. Didalam pengujian, beban uji akan menyebabkan benda uji sepenuhnyamendukung tegangan kerja bolak-balik ( Completely re~versed stresses) dengan rasio tegangan pada takikan R = -I. Verifikasi metode analisis menunjukkan bahwa prediksi teoritis memiliki korelasi yang relatif mendekati hasil pengujian. Hal ini ditunjukkan dalam bentuk korelasi antara grafik teoritis daD eksperimental perilaku umur Ielah ( SoN ), perambatan retak lelah (a-N) daD kecepatan perambatan retak lelah
-
( daJdN DK).
ABSTRACT AN ANALYTICAL
METHOD OF FA TIGUE BEHAVIOUR
ON CARBON STEEL MATERIALS
SUB-JECTED
TO ROTATING BENDING LOADS. This paper presents an analytical method for evaluating fatigue behaviour of carbon steel ma-terials subjected to rotating bending loads. The analytical method is based on the application of Neuber's and Paris' theories, where the Neuber's approach is aimed at estimating initial crack formation lives while the Paris' one is used to evaluate cycles and behaviour of the sub-sequent fatigue crack propagation. Results of the analytical method indicate estimated fatigue lives and fatigue crack propagation behaviour at various levels of rotating bending loads carried by the carbon steel material investigated. The accuracy of the analytical results is also verified using actual ones obtained from a number of fatigue tests on V-notched carbon steel round specimens under rotating bending loads. In the tests, the test loads caused the specimen to suffer completely reversed stresses with a ratio of notch stresses R = -I. The verification of the analytical method used indicates that analytical predictions correlate well to test results and this is presented in the forms of comparisons between theoretical and experimental graphs offatigue life ( SoN ), fatigue crack propagation ( a-N ) and fatigue crack propagation rate ( daJdN-DK ) behaviour. Kata kunci: Baja karbon, Neuber, Paris, Lentur purer, Umur lelah, Perambatan retak, Kecepatan perambatan retak.
PENDAHULUAN Latar Belakang Teori Perilakukelelahansuatumaterialakandipengaruhi oleh banyak faktor tetapi secara umum proses kelelahan material mencakup tahapan-tahapan sebagai berikut : . Pembentukan awal retak ( Crack initiation)
..
Proses perambatan retak ( Crack propagation) Kerusakan tahap akhir ( Final fracture)
Tahapan proses kelelahan material secaraskematis dapat dilihatpada gambar I, dimanaumumnyaproseskelelahan diawali dari daerah kritis dipermukaan material sebagai akibat konsentrasi tegangan seperti didaerah takikan,
lobang, perubahan penampang dB. Perambatan retak tahap I atau kadang-kadang dikenal dengan istilah slipband growth sebenamya merupakan perpanjangan daTi pembentukan awal retak kedalam bidang yang dipengaruhi oleh tegangan geser. Pada perambatan retak tahap II, arab perambatanretak tegak turnsterhadap arab beban kerja dimana daerah ini didominasi oleh pengaruh tegangan tarik. Oiakhir proses perambatan retak tahap II, sisa penampang material sudah tidak mampu lagi mendukung beban daDakhimya patah (Finalfraeture). Jadi siklus beban kerja dinamis yang diperlukan untuk melengkapi semua tahapan dalam proses kelelahan material tersebut akan merupakan umur lelah (Fatigue life) dari material akibat pengaruh beban kerja dinamis 1fte
Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan don Teknologi Bahan '99
-
Serpong, 19 20 Oktober 1999
ISSN 1411-2213
atau secara umum dapat diformulasikan sebagai berikut: dimana:
N=N;+Np
(1)
N : siklus patah lelah ( Cycles tofatigue failure) Ni: siklus pembentukanretak( Crackformation lives) Np: siklus perambatan retak ( Cycles of crack propagation) ~Aa !
Gese
i Tarik
Tarik
l' Tarik 1'1f~
tll"
,i
11' r--
t
It , I,
I
!
I ,i
j
METODE ANALISIS
I
Didalarnanalisis,teoriNeuberdanParisdigunakan untuk menganalisis perilaku kelelahan daTi sampel mater"albaja karbon sepertiyang terlihatpada garnbar 2. Sampel tersebut terbuat daTi baja karbon En 8 yang memiliki komposisi kimia seperti terlihat dalam tabell daD sifat mekanis material dasamya adalah sebagai berikut: Kekuatan tarik ( Ultimate tensile strength ), aurs = 659,60MPa Teganganluluh (Yieldstrength), a y = 411 MPa Modulus elastisitas ( Elastic modulus ), E =
I
!! , "---'
peran.batan retak lelah seperti yang diformulasikan oleh Paris. Pendekatan analisis dari Neuber daD Paris disini digunakan untuk memprediksi umur daD perilaku perambatan retak lelah daTimaterial baja karbon yang banyak digunakan untuk material paras motor, paras dinamo, paras engkol, batang torak, paras transmisi dB. Bebankerja yang dipertimbangkandalarnanalisis adalah merupakanbeban kerja yang sering dialarnioleh material paras dalam operasinya sehari-hari, yaitu beban lentur putar (Rotating bending loads) dengan rasio pembebanannyaR = -I. UntukmengetahuiketelitiandaTi penggunaan metode analisis Neuber daD Paris, basil prediksi teoritis dibandingkan dengan basil pengujian material baja karbon yang sarna dengan beban uji lentur putar. Ketelitian tersebut ditunjukkan melalui korelasi antara grafik teoritis daDeksperimental daTiumur lelah (S-N), perambatan (a-N) daD kecepatan perambatan (daJdN-AK)retak lelah.
I
~
-4~
~
~Aa
Ket: I. Awal retak (Crack initiation) 2. Perambatan retak tahap I ( Micro crack growth)
3. Perambatan retak tabap II ( Macro crack 4. Kerusakan tabap akhir ( Final fracture)
.
growth)
Acradalab beban kerja dinamis Gambar
.
1. Proses kelelaban
material
[8.9].
. . .
Tinjauan Umum Substansi Makalah Metode anaIisis yang disajikan dalarn makalah ini diarahkan untuk memprediksi siklus pembentukan retak ( Ni ) daD siklus perambatannya ( Np ). Siklus pembentukan retak ( Ni , dianalisis berdasarkan teori Neuber, dim ana teori ini memanfaatkan besamyajumlah regangan ditempat asal terbentuknya retak. Analisis siklus perarnbatan retak lelah (Np ) dilaksanakan dengan memanfaatkan hubungan empiris antara stress intensity factor disekitar ujung retak dengan kecepatan
I:
{ 35
.1
Perpanjangan ( Elongation) = 24% Pengecilanpenampang saat patah ( Reduction area atfracture) = 47% Batas lelah (Endurance limit), aD= 350 MPa Fracture toughness, K,c = 45 MPa mo.s
Didalam Gambar 2, pemberian takikan melingkar berbentuk huruf V ditujukan untuk mensimulasikan konsentrasi tegangan sehingga diharapkan retak akan terbentukdanmerambatmulaidariujungtakikanV.Akibat beban lenturputar, konsentrasitegangan diujung takikan
0
R=/
-'--i
. .
207 x 1Q3MPa
ti1~ 76
R
=
If
,:24
76
Gambar 1. Desain sampel baja karbon yang dianalisis.
} 1<
-3-----
35
~
MetodeAnalisis Perilaku Kelelehan Material Baja Karbon Akibat Pengaruh Beban Lentur Putar (Rotating Bending Loads) (Barkali Setiyono) Tabel 1. Komposisi kimia.
Elemen Prosentase( %)
C
Si
Mn
S
P
Fe
0,43 0,26 0,78 0,03 0,02 sisanya
akan bertluktuasidari nilaitarik maksimumke nilaitekan minimum secara bergantian clan terns menerus. Jadi selama pembebanan, sampel diatas akan sepenuhnya mendukung tegangan tarik-tekan bolak-balik atau completely reversed stresses seperti berikut ini.
beban dinamis beramplitudo konstan dengan tegangan rata-rata crmean =0 : modulus elastisitas
E
Karena sampel pada gambar 2 bertakikan, maka nilai Eend ditentukan dengan menggunakan faktor takikan (Notch factor) Kr = 2,20 [1], sehingga endurance strain yang digunakan dalam analisis adalah:
~
(5)
Eend= 2,20 E E~p merupakan. regangan luluh ( Yield strain) dltentukan dan : Uy
T
E yp
t
~
-L-
R=Umin =-1 Umax
,
L\8a = 28end
(7)
Emadalah regangan rata-rata diujung takikan clan besamya ditentukan dari : 8
Umax =-Umin
- Umax +Umin U rata-rata 2
(6)
cry adalah kekuatan luluh ( Yield strength) clan rcr sarna dengan R dimana nilai rasio tegangan R dalam analisis akibat beban lentur putar adalah -I, sehingga rum us (3) berubah menjadi :
L\O" O"mi
= -E
clan
8m= r;a. (l+re)
(8)
"""""""""""""""""""'"
dimana :
0
~max
: regangantotalmaksimumdiujungtakikan
Gambar 3. Tegangan kerja dinamis.
re
Analisis Siklus Pembentukan Retak Siklus be ban kerja yang diperlukan untuk menimbulkan awal retak ( Ni ) dapat diperoleh dengan memanfaatkan besarnya regangan total ( ~ET) diujung takikan dari sam pel baja karbon pad a gambar 2. Berdasarkan prediksi nilai regangan total ( ~ET), maka besar sikluspembentukanretak dapatdihitungdarirumus berikut ini. I
N;
= {L\E; -L\Ea};;; Ef-Em
(2)
~Ea adalah endurance strain range clan dapat diperoleh dari:
!!.& = a
2&end &yp(l-rO' )
&yp ( l-r
0'.
) +&end ( l+r 0' )
(3)
Eendadalah endurance strain clan besamya dihitung dari: E end
- UD -E
(4)
dimana:
8rmin
.
ETmin : regangan total minimum
8rma.
diujung takikan Oidalam rumus (2), E/ adalahfatigue ductility coefficient clan IXIadalahfatigue ductility exponent. Kedua besaran ini dapat diperoleh dari komponen plastis diagram CoffinManson ( Low cycle fatigue diagrams ). Untuk menghasilkan diagram Coffin-Manson secara eksperimental diperlukan waktu clandana sehingga untuk tujuan effisiensi dalam penggunaan metode analisis yang disajikan dalam makalah ini, maka diagram CoffinManson diprediksi secara empiris menggunakan metode Four-point correlation prediction [4]. Hasil prediksi diagram Coffin-Manson dapat dilihat pada gambar 4 clan dari komponen plastis diperoleh nilai E/ = 0,56 dengan nilai IXI= -0.49. Penjelasan rinei dari penggunaan metode Four-point correlation prediction dapat dilihat pada daftar pustaka no. 4. Oidalam penggunaan rumus (2), besamya nilai regangan total diujung takikan ( ~ET ) ditentukan dengan mempertimbangkan tegangan takikan maksimum ( crow<)dalam memenuhi kriteria berikut ini. - Kalau 0"OW< < cr , maka regangan total (M" ) hanya ditentukan berrlasarkan regangan elastis ( ~Ee ) sebagai berikut :
y
..
O"D: batas lelah ( Endurance limit) berdasarkan 107
Prosiding Pertemuan Ilmiah Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan'99
-
Serpong, 19 20 Oktober 1999
ISSN 1411-2213
cr
Au
= Ace=
AcT
(9)
E"""""""'.".""""'."""
Acr= crmax - cr.mln ' karena R = -1 maka crmln . = - crmIX sehingga Acr = 2cr max ' dimana : u max = K, u nom (10)
1
K, adalah faktor konsentrasi tegangan ( Stress concentration factor) daD untuk takikan V daTi sampel pacta Gambar 2, nilai K, = 2,5 sedangkan crnom adalah tegangan kerja nominal.
I 1
(J....
IY:s
I> (J. RIn
- Kalaucrmax ~ cry, makaregangantotal( At,.) ditakikan akan ditentukan berdasarkan regangan elastis (Al>c) daD regangan plastis ( Al>p) sebagai berikut : Au AcT
= Ace+Acp = E+Acp
(II)
Epm.. : regangan plastis maksimum Epmin : regangan plastis minimum Eom.. : regangan elastis maksimum
Nilai regangan total plastis ( Al>p) ditentukan melalui metode iterasi, dimana iterasi pertama-tama dilakukan pactasetengah siklus pembebanan tarik daDdilanjutkan dengan iterasi pactasetengah siklus pembebanan tekan dari diagram tegangan ( cr ) - regangan ( I>) material didekat ujung takikan seperti terlihat pactaGambar 5. Proses iterasi dilaksanakan dengan menggunakan program komputer, dimana nilai I>pmax dan I>pmin diiterasi sedemikian rupa sehingga nilai tegangan takikan teoritis ( Maksimum dan minimum) konvergen dengan nilai tegangan takikan maksimum daD minimum yang sebenamya.
0.0",
;>!
~
~ Z
~ ~
0.01
0.00'
. 0 0.0001
PREDIKSI
0.001
DATA
0.01
PLASTIS
0.1
Eomi. : regangan
=
';')
elastis
10
100
1000 x 10'
SIKLUS BEBAN KERJA. N ( CYCLES)
(&emin =~) (Jm.. daD (Jmi. adalah tegangan an maksimum daD minimum
,\K
= 2'\a .J1ta (0,001) 1tK,
Retak
Setelah retak terbentuk diujung takikan maka siklus beban kerja yang menyebabkan retak merambat sampai mencapai ukuran kritisnya ( acr ) sehingga mengakibatkan patah lelah ( Fatigue fracture) dapat diperoleh dengan memanfaatkan formulasi empiris dari Paris sebagai berikut :
(13)
K,adalah faktor konsentrasi tegangan dan untuk sampel pactaGambar 2, K, = 2,5 dan
108
takik-
Gambar 5. Perilaku material didekat ujung takikan [4J.
Gambar 4. Prediksi empiris diagram Coffin-Manson.
Analisis Siklus Perambatan
minimum
0" min
da = c AKn (12) dN dimana : do dN : kecepatan perambatan retak AK : stress intensityfactor range c daDn : konstanta material Selamaproseskelelahan,awalretak melingkar merambat kearah sumbu sample pactagambar 2 sampai keukuran kritisnya. Besarnyastress intensityfactor range AKakan ditentukan oleh ukuran dalamnya retak melingkar ( a ) dari ujungtakikan( gambar6 ) daDdihitungdenganrumus (13).
0.02
«
0" (&emax
:
adalah faktor koreksi
untuk retak melingkar seperti pada Gambar 6 [6]. Panjang kritis retak melingkar ( acr) ditentukan dengan pertimbangan bahwa nilai stress intensity factor maksimum ( K.max) disekitar ujung retak sepanjang acr sudah mendekati nilai fracture toughness ( K.c ) daTi material baja karbon yang dianalisis. Untuk memenuhi pertimbangan tersebut, nilai acr diiterasi dengan menggunakan program komputer sampai dicapai kondisi pacta persamaan (14).
MetodeAnalisis Perllaku Kelelehan Material Baja Karbon Akibat Pengaruh Beban Lentur Putar(Rotating Bending Loads) (Harkal! Setiyono)
15 -2a
fiJil
m
-r-'-'-'-'-I-'I-"
a : dalamnyaretak diukur dari ujungtakikan
PenampangA-A
Gambar 6. Arah perambatan retak melingkar.
K1max= amax.J 1ta(O,OOI) ::::K1C
(14)
analisis nilai K1c= 45 MPa mos daDnilai a yang diperoleh dari iterasi rumus (14) adalah panjang retak kritis ( ace)'Substitusi persamaan ( 13) kedalarn persarnaan (12) daD mengintegrasikan dari ukuran retak ao sarnpai dengan a. dapat diperoleh persarnaan umum prediksi besamya siklus beban kerja dinarnis untuk perarnbatan retak lelah (Np)' Didalarn
(O,OOla.
)(1-0,Sn) -(O,OOlao
Np=
)(I-o,Sn)
0 64L1a cx3,14 o,Snx( , 2,5
(15) )n x (1-0,5n)
METODE EKSPERIMENT AL
Untuk mendapatkan siklus beban perambatan retak lelah sarnpai mencapai ukuran kritisnya ( acr ) maka dalarn penggunaan rumus (15), nilai a. diganti dengan nilai ace daD nilai ao = ~ yaitu kondisi dimana retak awal ( An initial crack) mulai merarnbat. Ukuran awal retak (a) ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut ini. aj
= 318.47
adalah merupakan satuan milimeter ( mm ) daDdengan memanfaatkan rumus (13) daD (15) dapat ditentukan besamya L1K,NpdaDkecepatan perarnbatan retak lelah (da/dN) pada setiap interval pertambahan panjang retak. Ketiga besaran tersebut dapat digunakan sebagai data untuk menggambarkan perilaku perambatan daD kecepatan perambatan retak lelah yang secara umum dapatdilihatpada Garnbar7 berikut ini.Didalam Garnbar 7 tersebut, L1K", disebut sebagai a threshold level dimana pada nilai ini retak mulai merarnbat sedang dibawahnya retak tidak akan dapat merambat.
(KIL1L1:lh)2
(16)
L1KtIJadalah nilai threshold level, dimana nilai ini merupakan besamya stress intensity disekitar ujung retak yang mengakibatkan retak mulai merambat daD dalarn makalah ini nilai L1KtIJ adalah sarna dengan 10,04 MPa mo,s
[5]. Satuan panjang retak a dalarn rumus-rumus diatas
3a~---------
Metode eksperimental dilaksanakan melalui pengujian kelelahan ( Fatigue tests) daD pengujian perambatanretak lelah( Fatigue crackpropagation tests ) dalarn kondisi temperatur laboratorium. Desain daD materialbenda ujiyang digunakandalarnpengujian sarna dengandesainsampelbajakarbonpada Gambar2, dimana benda uji diuji pada mesin uji kelelahan lentur putar (A Rotating bendingfatigue testing machine) sehingga sistem pembebanannya terlihat seperti pada Gambar 8. Didalampengujiankelelahan,beban uji diberikan secara bertingkat daDuntuk tujuan effisiensi waktu pengujian setiap tingkat beban uji dibuat agar tegangan takikan I
daIdN
...
1 i
~~
-J-.I
a..
j
da =c(M)n dN
l
0
Nj
Ncr
6K.t.
SikhlS beban kerja, N (b). Perilaku
perambatan
retak lelah
(b). Perilaku
kecepatan
Log 6K perambatan
retak leleah
Gambar 7. Perilaku retak lelah. [7,91
109
Pros;d;ng Pertenwan limiah Iinw Pengetahuan dun Teknolog; Bahan '99 Serpong, 19-200ktober 1999
lebih besar daTibatas lelah ( Endurance limit) material benda uji yang bertakikan. Dengan faktortakikan sebesar 2,20, maka barns lelahnya adalah 350/2,20 <::;159 MPa sehinggaamplituda tegangan dinamis pada takikanyang digunakan dalam pengujian kelelahan bervariasi antara 290 sampai dengan 542 MPa. Rasio tegangan kerja ditakikan R = -I clan disetiap tingkat beban uji, paling sedikit3 ( Tiga) buah benda uji yang identikdiujisarnpai patah lelah. Penyebaran data ( Scattered data) basil pengujian disetiap tingkat be ban uji dianalisis
ISSN Ull-22I3
Pengukuran potential drop dilakukan menggunakan probe khusus yang memiliki jarak ujung ( Probe tip spacing) 10mm clanprobe ditempatkan di empat titik di sekeliling bagian tanpa caeat clan takikan benda uji, dimana titik-titik pengukuran tersebut terpisah dengan jarak sudut sebesar 90°.
VERIFIKASI PREDIKSI ANALITIS
HasH penggunaan metode arc .JP sine berdasarkan metode arc sine JP transformation [2] clan transformation untuk menganalisis variasi data penyebaran data tersebut dibatasi dalam batas-batas eksperimental di setiap tingkat beban uji seperti yang (Scatterlimits) 10%sarnpaidengan 90%, Kemudiannilai terlihat pada Gambar 9 (a) menunjukkan bahwa semua data eksperimental masih tersebar dalam batas-batas rata-rata dari penyebaran data digunakan untuk toleransi 10%- 90%. Kemudian dengan mengarnbilnilai memverifIkasidata prediksibasil analisis.Dengansistem rata-rata dari variasi data eksperimental di setiap tingkat pembebanan pada Garnbar 8, maka ujung takikan akan beban uji clan membandingk~l1Dyadengan data basil menerima tegangan tarik-tekan secarabergantianselama prediksi anaJitisseperti yang terJihatpada Garnbar9 (b), pengujiansehinggaretak lelahdiawalidan merambatdaTi jelas terlihat bahwa prediksi anaHtis memiliki korelasi ujung ini. Pengujian perambatan retakjuga dilaksanakan yang mendekatidata eksperimentaI.Perbedaankecilyang dengan sistem yang seperti pada garnbar 8 clanbeban uji menyebabkan amplituda tegangan dinamis ditakikan masih terlihatdarimasing-masingdata,dapat disebabkan sarna dengan 456 MPa. Pengukuran dalarnnya retak oleh ~masi aktual daTikondisi setiapbenda uji, misalnya disetiap interval siklus pembebanan tertentu diukur dimensiaktualyang tidak diperhitungkandalarnanalisis, menggunakan metodepotential drop equipment,dimana dimana analisis selalu menggunakan dimensi nominal ukuran retak diperoleh berdasarkan perbedaanpotential benda uji. Tetapi walaupun demikian, secara umum korelasi antara data prediksi anaJitis dan eksperimental drop ditempat cacat retak clan tanpa cacat retak, BENDING MOMENT DIAGRAM
MOMEN MAKSIMUM
TUMPUAN
TUMPUAN
Gamba, B. Sistem pembebanan BENDA!'" ,DATANG'IUNDRIS8£RTAKJJW
~
...L
!Ii
""
i
;,; ~ Q ~ .. ::I
""
~ .. ~
"
~
~ ;,;
'0
LOADS)
~
~
~
,BATANG'..INIJRIIIJIEIlTA"""'NV
MA"'"-'L
,BAlAMUON'"
,Nun,"""",,"""'IOI"A_LOADI)
i
i!;
-,
Q
~ ::I
"
~
..
.. 8 .. ~
O",""".GANG""""O"-"-
..,
"",k)tFAJANGAN""","."-"O
~
'00
I (JPATAUAS"""""""N
~
I
ow.". "KJJJS
BEHAN
KEVA.
N'
CYClES)
(a) HasH eksperimental Gambar
oon
"z.
B£NDAUn
000
If;.~~::""':':
." "KWI
B£8AN
KEVA.
N , CYCLES
I )
(b) HasH teoritis daD eksperimental
9. Diagram SoN hasil teoritis dan eksperimental,
MetodeAnalisis Perilaku Kelelehan Material Baja Karbon Akibat Pengaruh Beban Le.ntur Putar (Rotating Bending Loads) (Harkali Setiyono) .
boleh dikatakan sudah seperti yang diharapkan. Perbandingan data perambatan retak lelah teoritis clan eksperimental seperti yang terlihat dalam Gambar 10(a) menunjukkanbahwa ukuran awal retak tidak terlihatclan grafik dimulai daTinilai DOl.Hal ini disebabkan karena dalam pengujian, pengukuran retak dimulai daTiujung takikan clanuntuk mempermudah verifikasi, maka data analitisjuga digambar daTinilai Dolyaitu panjang retak teoritis diukur daTiujung retak awal. Meskipundemikian perilaku perambatan retak basil analitis jelas dapat mencerminkan perilaku perambatan retak lelah yang sebenarnya.Didalam grafikperbandinganantara perilaku kecepatan perambatan retak lelah teoritis clan eksperimental seperti yang di-tunjukkan oleh gambar 1O(b),jelas terlihatbahwa data eksperimentalmencakup 100.
-;
0.. ='
600
.JII en
BENDAUII . BATANGSILINDRISBERTAKIKANV MATERw.. : BAJAKARBONEn-8
1
BEBANUII : WADS) LENTURPUTAR ( Rar ATINGBENDING
'00
z i5 « O! '" :.:
400 300
<§
'"
....
200-
§....
RASIOTEOANGAN
:; 0..
100
KERJA
R
- S.../s...--I
I. DATAHASILEKSPERIMENI
perila-ku stable crack growth (Daerah tinier) clan unstable crack growth ( Daerah non tinier ) sedang prediksianalitismemilikikorelasi yang relatif mendekati perilakuaktual di daerah tinier.
KESIMPULAN Model analisis perilaku kelelahan baja karbon akibat beban lentur putar yang disajikan dalam makalah ini dilaksanakan berdasarkan pada kondisi total regangan setempat diujung takikan clan stress intensity disekitar ujung retak. Pendekatan analisis regangan setempat ditujukan untuk mendapatkan siklus beban kerja sampai menimbulkan awal retak lelah (Fatigue crack initiation) sedangkan pendekatan stress intensity digunakan untuk menganalisis siklus beban kerja perambatan retak sampai mencapai ukuran kritisnya. Dari kedua pendekatan tersebut, umur lelah maupun perilaku perambatan retak lelah dari baja karbon yang menjadi obyek penyelidikan dapat diprediksi. Untuk mengetahui ketelitian model analisis, maka basil prediksi teoritis telah diveritikasi dengan basil sejumlah pengujian benda uji silindris dengan takikan V yang terbuat dari baja karbon sejenis dengan beban uji lentur putar. Verifikasi prediksi teoritis menunjukkan bahwa basil model analisis memiliki korelasi yang mendekati basil eksperimental. Disamping itu dapat diketahui juga bahwa variasi data basil pengujian kelelahan masih berada dalam batas-batas toleransi 10%90%. Secara statistik data basil prediksi analitis rata-rata menyimpang 1% lebih rendah dari data basil pengujian kelelahan dengan standard deviasi 0,082.
0 10
I
01
100x1O'
SlKLUSBEBANKERJA.N ( CYCLES) (a) Perambatan
retak
[1]. R. E. Peterson," Stress Concentration Factors ", John Wiley& Sons, Inc.,(1974) 9-11.
100. BENDAUII : BATANGSILINDRISBERTAKIKANV MATERw.. : BAJAKARBONEn.S
..
DAFTARACUAN
[2]. Dieter Dengel, " Die Arc Sin
.00 .!- BEBAN UII : LENTUR WADS) PUTAR ( Rar ATINGBENDING
.JII
en
z
5"0
is
[3].
400 !;:I
300
I.... §t::
200
[4]. I
RASIO TEOANGAN
KERJA R
- !\.;./s...- .1
.... 0.. 100-t
[5].
+DAT A HASILEKSPERIMEN & DATA PREDIKSITEORITIS
oJ
I
I I '"
"""
10x10'
I
0.1
SlKLUS BEBAN KERJA. N ( CYCLES) (b)
Kecepatan
perambatan
[6].
retak
[7]. Gamba,
10. Perilaku
perambatan
retak
teoritis
dan
.jP-Transformation
- Ein Einfaches Verfahren Zur Grafischen Und Rechnerischen Auswertung Geplanter W5hlerversuche", Zeitschriftrur Werkstoffiechnik, 6. Jahrgang,Heft 8, August (1975) 253-288. T. G. F. Gray," Convenient Closed Form Stress Intensity Factor Common Crack Configurations ", International Journal of Fracture, Vol. 13, No.1, February(1977)70-73. Terance V. Duggan and James Byrne, "Fatigue As A Design Criterion ", The Macmillan Press Ltd., (1979)46-110. ESDU," Fatigue Crack Propagation Rates and Threshold Stress Intensity Factors In High Alloy And Corrosion resistant (Stainless) Steel ", ESDUItemNumber84003,April,(1984)47. K. Hellan, "Introduction To Fracture Mechanics ", McGrawHiIIBookCo.,(1985) 132-154&243. H.L.EwaldandRJ.H. WanhilI,"Fracture Mechanics ", EdwardArnoldLtd., (1986).
eksperimental.
111
Prosiding Pertemuan Ilmiah /Imu Pengetahuan don Teknologi Bahan '99 Serpong, /9
-20 Oktober
1999
/SSN 1411-2213
[8]. Harkali Setiyono, " Umur Lelah DaTiBaja Karbon
Akibat Proses Shot Peening ", Proceedings Simposium Nasional Kelelahan Pada Material Dan Struktur, 13-15 Pebruari, (1989) 275-295. [9]. Harkali Setiyono," Perilaku Kelelahan DaTi Komponen A12024- T3 Yang Memiliki Cacat Retak Akibat Penguat Material komposit Graphite/Epoxy
", Prosiding Seminar
-
Fatigue & Fracture
Mechanics, 19-20 Pebruari, (1998) 72-80.
Ke Daftar Isi
112
