Seminar Nasional Pascasarjana XI ITS, Surabaya 27 Juli 2011 ISBN No

Seminar Nasional Pascasarjana XI – ITS, Surabaya 27 Juli 2011 ISBN No. 9-545-0270-1

tegangan yang dibutuhkan untuk menimbulkan perpatahan beban tunggal atau beban statis, kejadian ini sering disebut dengan kegagalan lelah (fatigue failure) (Collins,1980). Kegagalan lelah adalah sesuatu yang sangat berbahaya, hal ini disebabkan karena pada kejadian patah lelah tidak terdapat tanda-tanda awal dan patah lelah sebagian besar disebabkan oleh hal-hal yang bersifat mekanis. Pada kondisi umum proses kelelahan ditandai dengan munculnya sejumlah cincin atau garis pantai (beach mark), proses ini muncul dimulai dari dimana kegagalan mulai terjadi dan terus bergerak ke dalam (Dieter,1986). Struktur keel buoy dirancangbangun dengan menggunakan bahan poros bekas, oleh karena itu perlu diantisipasi kemungkinan terjadinya kerusakan pada struktur keel tersebut dan perlunya melakukan penggantian atau perbaikan untuk menghindari kemungkinan akan putus yang dapat mengakibatkan unit surface buoy ini hanyut dan hilang. Hal ini harus dicegah supaya tidak mengganggu keberlangsungan sistem monitoring deteksi dini gejala tsunami yang ada. Adapun alasan pemilihan bahan struktur keel buoy tsunami dari bahan poros bekas pakai karena terbatasnya dana untuk pembelian material baru dan ketersedian bahan poros bekas pakai ini dipasaran dengan harga murah. Dari pembahasan di atas, dapat disimpulkan bahwa perlu dilakukannya prediksi umur kelelahan struktur keel buoy tsunami melalui uji kelelahan (fatigue test). Dengan demikian umur kelelahan struktur keel buoy ini dapat diketahui.

3. Kajian Pustaka 3.1 Pengujian lelah (fatique test) Kerusakan yang diakibatkan oleh kelelahan (fatigue) terjadi karena material menerima tegangan secara berulang-ulang sehingga akan mengakibatkan rusak /fatah pada tingkat tegangan yang jauh lebih rendah dari pada tegangan yang diperlukan untuk mematahkannya dengan sekali pembebanan statik, bahkan dapat patah pada tegangan di bawah kekuatan elastiknya atau di bawah kekuatan luluh (yield strength). Kegagalan yang terjadi pada keadaan beban dinamik dinamakan kegagalan lelah (fatigue failures). Fatigue failures adalah hal yang sangat membahayakan karena terjadi tanpa petunjuk awal. Fatigue yang mengakibatkan patah yang terlihat rapuh tanpa depormasi pada patahan tersebut. Pada skala makroskopik, permukaan patahan biasanya dikenal dari bentuk bidang perpatahan, ada bagian yang halus akibat gesekan yang terjadi sewaktu retak merambat dan daerah kasar, perpatahan ulet terjadi pada waktu penampang tidak dapat menerima beban. Seringkali pertambahan retakan ditandai oleh sejumlah „ cincin atau garis pantai (beach mark) bergerak ke dalam dari titik dimana kegagalan mulai terjadi. Kerusakan akibat fatigue failure dapat terjadi karena merambatnya retak/cacat secara perlahan/bertahap. Retak yang terjadi dapat dimulai dari retak/cacat yang sangat kecil, kemudian menjalar dan pada setiap ujung retak akan menerima tegangan. Tegangan yang bekerja secara rata-rata untuk seluruh penampang yang menerima beban, kemungkinan masih jauh di bawah batas kekuatan bahan, tetapi pada daerah ujung retak, tegangan mungkin sudah melampaui batas kekuatannya, sehingga retak dapat merambat. Setiap kali terjadi tegangan, retak akan merambat sehingga akhir sisa penampang tidak lagi mampu menerima gaya yang bekerja, sehingga akan terjadi patah. Untuk menyatakan karakteristik sistem tegangan, perlu disebutkan tiga besaran yang mencakup : (1)Rentang tegangan maksimum, (2)Tegangan rata-rata, dan (3)Rentang waktu periode tegangan. Pada Gambar 1 memperlihatkan empat susunan periode tegangan yang berbeda.

2. Metode Penelitian Struktur keel buoy ini terbuat dari material poros bekas pakai, hal ini atas dasar pertimbangan penghematan dana serta kenyataan dimana material poros bekas ini dapat diperoleh dengan mudah dan harga murah. Dari kondisi di atas, dapat disimpulkan bahwa perlu dilakukannya prediksi umur kelelahan struktur keel buoy tsunami melalui uji kelelahan (fatigue test). Dengan demikian umur kelelahan struktur keel buoy ini dapat diketahui. Untuk menentukan umur kelelahan struktur keel buoy ini, telah dilakukan pengujian material berupa uji komposisi kimia, uji kekerasan, uji mikro struktur, uji kuat tarik, dan uji kelelahan (fatigue test). Data hasil uji olah gerak buoy dan gelombang yang telah dirubah kedalam tegangan dengan faktor konsentrasi (Kt) dan hasil pengujian material berupa diagram SN (SN-Curve) akan digunakan sebagai basis dalam menentukan umur kelelahan struktur keel buoy dengan metode Palmgren Miner rule.

Gambar 1. Berbagai bentuk periode tegangan : a) bereversi, b) bolak-balik, c) berfluktuasi, d) berulang (Candra Hendri, 2009).

382


Tiga faktor utama yang merupakan dasar terjadinya kegagalan lelah adalah: (1)Tegangan tarik maksimum yang cukup tinggi, (2)Variasi atau fluktuasi tegangan yang besar, dan (3)Siklus penerapan tegangan yang cukup besar. Sedangkan faktor lainnya yang juga berpengaruh adalah konsentrasi tegangan, korosi, suhu, kelebihan beban, struktur metalurgis, tegangan-tegangan sisa, dan tegangan kombinasi yang cendrung mengubah kondisi lelah material. Telah tersedia berbagai jenis mesin uji, dimana tegangan diterapkan dengan cara tekuk (bending), torsi, tarik, atau kompresi, yang semuanya berdasarkan prinsip yang sama yaitu material menerima tegangan dengan periode konstan. Kelelahan (fatigue) adalah salah satu jenis kerusakan/kegagalan yang diakibatkan oleh beban berulang. Ada 3 fase didalam kerusakan akibat fatigue yaitu ; pengintian retak (crack initiation), perambatan retak (crack propagation) dan patah static (fracture). Formasi dipicu oleh inti retak yang dapat berawal dari lokasi yang paling lemah kemudian terjadi pembebanan bolak balik yang menyebabkan local plastisitas sehingga terjadi perambatan retak hingga mencapai ukuran retak kritis dan akhirnya gagal. Kerusakan jenis ini paling banyak terjadi didunia teknik yaitu kirakira 90% dari semua kerusakan/kegagalan yang sering terjadi. Tiga siklus umum yang dapat menunjukkan suatu siklus tegangan fatigue yaitu yang pertama adalah fluktuasi tegangan terjadi mulai dari tegangan rata-rata nol dengan amplitude yang konstan. Yang kedua yaitu fluktuasi tegangan dimulai diatas garis rata-rata nol dengan amplitude konstan. Dan yang ketiga fluktuasi tegangan yang acak/random. Tiga siklus tersebut ditunjukan pada Gambar.2.

amplitudo tegangan tarik sama dengan amplitudo tegangan tekan. Bila nilai R cendrung menjadi positif maka ketahanan fatiguenya menjadi turun. Untuk R = 0 artinya amplitudo tegangan tarik lebih besar dari pada amplitudo tegangan tekan (tarik-tarik). Pengaruh ratio tegangan ditunjukkan pada Gambar 3 dan Gambar 4.

Gambar.3. Skematik SN-Curve untuk material terhadap ratio tegan (Boyer, Howard E, 1978)

Gambar.4 Efek mean stress terhadap R (ratio tegangan)(Willem, N, dkk, 1981)

3.3 Teori Palmgren Miner’s Rule Pada saat beroperasi keel buoy ini secara periodis akan terkena beban berulang yang dapat menyebabkan kerusakan fisik secara mikrokospik terhadap material keel buoy. Peristiwa kerusakan dan kegagala struktur karena berulangnya beban disebut dengan kelelahan (fatigue). Pada penulisan ini komponen rancang bangun itu adalah keel buoyhull sedangkan berubahnya tegangan yang acak berasal dari beban gelombang. Kriteria mudah yang dapat dipakai untuk menghitung seberapa lama umur kerusakan terjadi diperoleh dengan melakukan penjumlahan berurutan kotak-kotak (block) berupa amplitudo beban tegangan yang tetap yang berbeda antara kotak satu dengan lainnya. Metoda ini diperkenalkan oleh Palmgren, (1924), Miner (1945) yang disebut dengan aturan Palmgren Miner Cumulative Damage. Maka aturan Palmgren Miner damage mengatakan bahwa kegagalan akan terjadi ketika:

Gambar 2. Tiga tipe umum siklus pembebanan pada fatigue (Chandra Hendri, 2009)

3.2 Tegangan rata-rata (mean stress) Tegangan rata-rata (mean stress) juga mempengaruhi ketahanan fatik. Tegangan ini ditunjukkan dengan amplitudo tegangan yang dinyatakan dengan ratio tegangan R=  min/  maks. Untuk R = -1 artinya

n n n1 n  2  ..  k  1atau  k  1 N1 N 2 Nk Nk

383


dimana: n1, n2, n3, nk = Jumlah siklus dalam satu blok dengan aplitudo konstan N1,N2,N3,Nk,= Jumlah siklus yang dapat menyebabkan kerusakan pada tegangan tertentu yang didapat dari diagram SN(SN-Curve).

Material ini termasuk baja karbon rendah AISI 1020, dan mempunyai nilai kekerasan rata-rata 188.20 HV10. Dari hasil uji mikro struktur dengan pembesaran 200x terdapat kandungan ferrite (lunak) 71.30% dan pearlite (keras) 28.70%, sedangkan dari hasil uji tarik mempunyai nilai tegangan tarik rata-rata 500.40 MPa dan tegangan luluh rata-rata 283.03 MPa.

3.4 Rangkaian penelitian sebelumnya Goto dan Nisitani 1994, telah melakukan pengujian terhadap baja poros dari bahan S45C dan SNCM439. Dari hasil pengujian yang dilakukan ternyata kedua material memberikan data yang berbeda. Pada material S45C dengan kekuatan tarik 833 MPa memiliki batas ketahanan lelah 450 MPa atau 54% dari tegangan tariknya, sedangkan pada baja SNCM439 dengan kekuatan tarik 1002 MPa memiliki batas ketahanan lelah sebesar 510 MPa atau 51%. Hal ini disimpulkan dari penelitian mereka bahwa semakin tinggi kekuatan tarik material maka semakin tinggi pula batas ketahan lelahnya. Muchtar Karokaro 2001, pada percobaan untuk investigasi pengaruh normalizing ulang terhadap umur lelah (kurva S-N) material yang digunakan adalah plat baja DIN42 MnV7 tebal 4 mm dan dengan komposisi carbon (C) = 0,4 %, Mangan (Mn) = 1,7%, Silikon (Si)= 0,25 % dan Vanadium (V) = 0, 12 %. Material terlebih dululu dinormalizing awal dan selanjutnya dilakukan uji fatigue pada mesin reversed bending LFE-150 untuk memperoleh kurva S-N awal. Kemudian, terhadap sejumlah spesimen

4.1 Perhitungan konsentrasi tegangan (Kt) Untuk mendapatkan nilai tegangan yang bekerja pada keel buoy, dimana bentuknya menyerupai pelat berlubang, maka diperlukan perhitungan stress konsentrasi faktor. Hal ini dapat dilakukan dengan pemodelan numerik elemen hingga. Pembuatan meshing keel buoy seperti terlihat pada Gambar 5 dan untuk penyederhanaan masalah maka pemodelan dan simulasi dibatasi hanya pada kupingan dari keel buoy, kemudian hasil pemodelan simulasi divalidasi dengan perhitungan sederhana. Dan Tampilan distribusi tegangan seperti terlihat pada Gambar 6.

4. Hasil dan pembahasan Dari hasil uji komposisi kimia material keel buoy ini terdapat kandungan:(C)0.2522%,(Mn) 0.6727%,(P)0.185%,(S)0.0184%, Mo)0.0095%. Gambar 5 Meshing model keel buoy

Gambar 6 Penampang melintang, dilihat dari potongan daerah dekat dengan daerah kondisi stress maksimum.

384


Untuk nilai stress software (hasil pemodelan numerik) di atas adalah nilai maximum principal stress pada luasan penampang melintang dan diambil nilai rata rata stressnya. Adapun nilai stress dari pemodelan distribusi tegangan seperti terlihat pada Gambar 6 yaitu : 0.23, 3.21, 5.96, 13.14, 15.29, 16.36, 14.10, 10.32, 7.45, 4.57 (Mpa), maka akan didapat nilai rata-rata stressnya yaitu 8.29 MPa dan nilai stress maksimumnya adalah 18.93 MPa. Kemudian nilai stress maksimum ini dibagi dengan nilai stress rata-ratanya (dari hasil pemodelan numerik elemen hingga), maka akan didapat nilai stress konsentrasi tegangannya (Kt) adalah 2.28. Kemudian nilai stress ratarata hasil numerik divalidasi dengan rumus empiris seperti terlihat pada Gambar 7.

Sehingga akan didapat stress rata-ratanya adalah 8.28 MPa. Dari grafik pada Gambar 7, maka akan didapat nilai ratio antara diameter lubang dan lebar pelat (d/b) = 40mm/185mm adalah 0.22. Berdasarkan grafik pada Gambar 7 dan nilai ratio ini, maka dapat diketahui nilai faktor konsentrasi tegangan (Kt) adalah 2.4, sehingga kita dapat mengetahui juga nilai tegangan maksimum yang terjadi :  maks  K t  avg ,

 maks  2.4 x8.28  19.87MPa Dari hasil validasi dengan rumus empiris, maka nilai hasil perhitungan numerik sudah mendekati dan dianggap benar. 4.2 Hasil uji olah gerak buoy dan gelombang Data hasil uji olah gerak buoy dan gelombang didapatkan dari hasil uji yang telah dilaksanakan oleh UPT BPPH, BPPT. Adapun time series dari tegangan yang bekerja pada keel buoy dan data-data hasil uji seperti terlihat pada Gambar 8 dan nilainya ditabelkan pada Tabel 1 dengan stress maksimum (σmaks) yang terjadi adalah 119,5 MPa. Adapun data tegangan ini akan bertambah besar setelah nilainya dikalikan factor konsentrasi tegangan (Kt ) yang telah didapat dari hasil pemodelan keel buoy dan nilai stress maksimumnya menjadi 272.81 MPa.

Gambar 7 Stress konsentrasi faktor pada pelat berlubang (Collins, 1991)

Maka untuk mencari nilai stress rata-rata berdasarkan rumus empiris adalah : P P  avg   A (b  d )h dimana: P adalah beban (P = 6 Ton = 60.000 N), d adalah diameter lubang keel buoy (d = 40 mm), b adalah lebar keel buoy (b = 185 mm) dan t adalah tebal keel buoy (t = 50 mm).  avg

Time History Stress Acting on Moored Buoy 180

Stress (N/mm^2)

120

60

0

-60

-120

-180 0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

Tabel 1 Data tegangan dan jumlah kejadian hasil uji hidrodinamika model buoy

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Range Of Stress 0-2 2,5-4,5 5-7 7,5-9,5 10-12 12,5-14,5 15-17 17,5-19,5 20-22 22,5-24,5 25-27 27,5-29,5 30-32

Jumlah Kejadian 389 309 256 211 234 274 384 462 555 700 778 964 1040

3000

3250

3500

3750

Gambar 8 Time series dari tegangan yang bekerja pada keel buoy selama 60 menit

P 60.000 N    8,28 N / mm2  8,28MPa A (185  40)50mm2

No.

2750

Time (s)

No. 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

385

Range Of Stress 60-62 62,5-64,5 65-67 67,5-69,5 70-72 72,5-74,5 75-77 77,5-79,5 80-82 82,5-84,5 85-87 87,5-89,5 90-92

Jumlah Kejadian 886 836 782 688 563 460 325 253 213 165 148 118 99


14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

32,5-34,5 35-37 37,5-39,5 40-42 42,5-44,5 45-47 47,5-49,5 50-52 52,5-54,5 55-57 57,5-59,5

1199 1347 1414 1403 1326 1336 1279 1152 1055 986 920

38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

4.3 Uji kelelahan (fatigue test) Pengujian kelelahan pada sepuluh spesimen dari material keel buoy dengan menggunakan standard ASTM E466-2002, adapun rancangan spesimen ujinya seperti terlihat pada Gambar 9. Pengujian kelelahan dilakukan di Balai Besar Besar Teknologi Kekuatan Struktur (B2TKS)BPPT seperti terlihat pada Gambar 10dan 11. Mesin uji yang digunakan adalah mesin uji dinamis dengan penggerak hidrolik dengan kapasitas 63 KN, langkah mesin 100 mm dan memiliki hidrolik servo valve berkemampuan 150 Hz. Pengujian dilakukan dengan memberi beban aksial sinus

92,5-94,5 95-97 97,5-99,5 100-102 102,5-104,5 105-107 107,5-109,5 110-112 112,5-114,5 115-117 117,5-119,5

92 63 50 35 28 23 20 11 5 4 2

80% dari tegangan tarik 500 MPa (pembulatan) yaitu 400 MPa sampai dengan beban 50% dari tegangan tariknya yaitu 250 MPa, dengan frekuensi 20 Hz dengan rasio tegangan R=0. Adapun data hasil pengujian seperti terlihat pada Tabel 2. 4.4 Penentuan kurva SN (SN-Curve) Dari penentuan besaran tegangan di atas, maka akan didapat grafik hubungan antara tegangan dan jumlah siklus sampai terjadinya patah. Semua data yang ada untuk pembuatan kurva SN (SN-Curve) dilakukan dengan program exel dengan tipe skala logaritmik. Adapun kurva yang dihasilkan dari data uji fatik seperti terlihat pada Gambar 12 di bawah ini.

Gambar 9 Rancangan spesimen uji fatik. (ASTM E466, 2002)

Gambar 11 Spesimen putus setelah diuji fatik. (Laporan hasil uji fatik di B2TKS-BPPT, 2011)

Gambar 10 Spesimen uji fatik yang baru putus. (Laporan hasil uji fatik di B2TKS-BPPT, 2011) Tabel 2 Hasil pengujian fatik terhadap material keel buoy No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Nama Spesimen SPC 1 SPC 2 SPC 3 SPC 4*) SPC 5 SPC 6 SPC 7 SPC 8 SPC 9 SPC 10

Lebar mm 12.30 12.28 12.36 12.08 12.36 12.36 12.22 12.51 12.30 12.35

Tebal mm 4.90 5.24 5.03 4.56 5.10 5.08 5.06 5.30 5.00 5.20

Luas mm2 60.27 64.34 62.17 55.08 63.03 62.78 61.83 66.30 61.50 64.22

386

Gaya Tegangan Siklus N MPa kali 24108 400 1901 24108 385 42578 24868 400 2951 13770 250 3232735 16797 266.5 577191 16130 257 1005954 15766 255 1048664 16770 253 1499855 15467 251.5 2102082 16151 251.5 2671832 *) Benda uji yang tidak putus


450

Stress Range (σ)

400

350

300

250

200 1,E+03

1,E+04

1,E+05

1,E+06

1,E+07

Log Cycle to Failure (N)

1,E+08

1,E+09 Speciment S-N Curve

Gambar 12 Grafik SN (SN-Curve) hasil uji fatik material keel buoy

Dari gambar kurva S-N tersebut diatas, terlihat ada penyimpangan data yang cukup besar pada nilai-nilai siklus tertentu dimana terjadi kegagalan, walaupun tetap bisa digambarkan suatu kurva yang cukup baik. Untuk tegangan yang sama antara spesimen uji kesatu dan spesimen ketiga, yang mempunyai nilai tegangan masing-masing 400 MPa. Untuk spesimen kesatu terjadi putus pada siklus 1901, sedangkan untuk spesimen ketiga pada siklus

2951, terdapat selisih siklus ysebesar 1050 siklus. Dan juga untuk tegangan yang sama terjadi pula antara spesimen uji kesembilan dan spesimen kesepuluh, yang mempunyai nilai tegangan masing-masing 251,5 MPa dan terjadi putus pada siklus 2102082 dan 2671832 terdapat selisih 569750, hal ini dimungkinkan karena pengaruh proses masining, kehomogenan bahan dan pengaruh set up spesimen di mesin uji.

4.5 Penentuan umur kelelahan (fatigue life) Untuk menentukan umur operasional struktur keel buoy ini menggunakan teori Palmgren Miner‟s Rule dengan mengaplikasikan data Untuk menentukan umur kelelahan struktur keel buoy ini didasarkan pada tegangan yang bekerja di atas fatigue limit (tegangan batas) dan di bawah tegangan yield (tegangan luluh), dimana tegangan yang terjadi adalah tegangan yang telah dikalikan dengan factor konsentrasi tegangan untuk pelat yang berlubang (Kt) sebesar 2.28. Dari nilai tegangan yang ada, setelah diplot pada grafik stress time hasil pengujian gelombang di UPT BPPH, maka akan didapat nilai jumlah kejadian seperti yang terlihat pada Table 3 yaitu (nk). Kemudian nilai stress yang telah dikalikan dengan nilai faktor konsentrasi tegangan diplot pada grafik SNCurve yang ada, maka akan didapatkan nilai siklus yang menyebabkan kerusakan (N k). Seperti diketahui nilai (nk) adalah jumlah siklus setiap blok dengan amplitudo tegangan tetap, sedang nilai (Nk) adalah jumlah siklus yang menyebakan kerusakan struktur. Adapun faktor untuk menentukan umur kelelahan struktur adalah (nk/Nk) sama dengan satu seperti pada rumus di bawah ini

yang didapat dari hasil uji olah gerak dan gelombang di UPT BPPH-BPPT. Adapun hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel perhitungan umur operasional keel buoy tsunami n n n1 n  2  ..  k  1atau  k  1 N1 N 2 Nk Nk

Dan nilai hasil perhitungan dapat dilihat pada Table 7 dengan nilai total (nk/Nk) adalah 1.52x10-5, sehingga akan didapat umur struktur keel buoy tsunami adalah sebagai berikut : n1 n n n n 1  2  3 , , , , , k  20  1.52 x10 5 N1 N 2 N 3 N k N 20 1

1 Hz (jumlah siklus/detik) 1.52 x105

Umur kelelahan (tf) = 1/1.52 x 105 = 6,58 x 104 selama 3600 detik Umur kelelahan (tf) = 6,58 x 104 Jam Umur kelelahan (tf)= 6,58x104Jam/24Jam/Hari x 365 Hari/Tahun = 7.511 Tahun Jadi umur kelelahannya ( tf ) = 7,5 Tahun Pada penelitian ini untuk pengaruh korosi retak tegang (SCC) belum diperhitungkan karena keterbatasan waktu dan biaya, walaupun hal ini sangat penting dan berpengaruh pada perhitungan umur efektif struktur keel buoy

387


tsunami yang diteliti. Jadi prediksi umur struktur keel buoy hasil penelitian ini akan dikoreksi oleh nilai hasil pengaruh korosi retak

tegang (SCC) apabila telah dilakukan penelitian terhadap struktur keel buoy ini dikemudian hari.

Tabel 3 Perhitungan untuk menetukan umur struktur keel buoy tsunami No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Stress Range 110 110,5 111 111,5 112 112,5 113 113,5 114 114,5 115 115,5 116 116,5 117 117,5 118 118,5 119 119,5

Sress x Kt

(MPa ) 251,1251 252,2665 253,408 254,5495 255,691 256,8324 257,9739 259,1154 260,2569 261,3983 262,5398 263,6813 264,8228 265,9643 267,1057 268,2472 269,3887 270,5302 271,6716 272,8131

Jumlah Kejadian (nk) 0 1 2 6 2 2 2 0 0 1 1 2 0 0 1 0 1 0 0 1

SN-Curve (Nk) 2,05E+06 1,95E+06 1,86E+06 1,77E+06 1,68E+06 1,60E+06 1,53E+06 1,45E+06 1,38E+06 1,32E+06 1,26E+06 1,20E+06 1,14E+06 1,08E+06 1,03E+06 9,84E+05 9,37E+05 8,92E+05 8,50E+05 8,09E+05 Jumlah =

(nk/Nk ) 0 5,13E-07 1,08E-06 3,39E-06 1,19E-06 1,25E-06 1,31E-06 0 0 7,58E-07 7,96E-07 1,67E-06 0 0 9,68E-07 0 1,07E-06 0 0 1,24E-06 1,52E-05

keterbatasan waktu dan biaya, walaupun hal ini sangat penting dan berpengaruh pada perhitungan umur efektif kelelahan struktur keel buoy tsunami yang diteliti. Jadi prediksi umur kelelahan struktur keel buoy hasil penelitian ini akan dikoreksi oleh nilai hasil pengaruh korosi retak tegang (SCC) apabila telah dilakukan penelitian dikemudian hari. 5. Hasil rancang bangun struktur keel buoy dengan menggunakan material bekas pakai ini dapat dikatakan layak dan aman untuk digunakan sebagai salah satu komponen dari struktur buoy tsunami yang telah beroperasi di laut lepas.

5. Kesimpulan dan saran 5.1 Kesimpulan Adapun kesimpulan yang didapat dari penelitian ini adalah : 1. Hasil uji fatik terhadap 10 spesimen material struktur keel buoy tsunami, terdapat spesimen putus pada level tegangan 250 MPa atau di atas tiga juta siklus, maka hal ini bisa dikatakan bahwa tegangan batas fatiknya berada pada level tegangan 250 MPa. 2. Penentuan umur kelelahan struktur keel buoy tsunami memakai metode Palmgren Miner rule dengan didasarkan pada data yang didapat dari hasil uji olah gerak buoy dan beban gelombang yang telah dikalikan faktor konsentrasi tegangan serta hasil pengujian material berupa diagram SN (SN-Curve). 3. Umur kelelahan struktur keel buoy adalah 7, 5 tahun dengan asumsi kejadian beban berulang setelah 60 menit dengan kondisi spektrum tinggi gelombang significant (HS) adalah 2 meter dan periode waktu peak (T p) adalah 6 detik. 4. Pengaruh korosi retak tegang (SCC) belum diperhitungkan dalam penentuan umur kelelahan struktur keel buoy ini, karena

5.2 Saran Adapun saran untuk perbaikan hasil penelitian ini adalah : 1. Untuk penentuan daerah tegangan batas fatik diperlukan penelitian lebih lanjut tentang material keel untuk struktur Buoy ini. 2. Dalam menentukan batas ketahanan tegangan (tegangan batas fatigue) dibutuhkan sekitar 20 specimen dalam level 250 MPa, dengan sebaran 5 MPa sampai 10 MPa di atas atau di

388


bawahnya, sehingga nilai tegangan fatigue limitnya bisa akurat. 3. Data-data hasil penelitian ini dapat dijadikan data awal untuk penelitian lebih lanjut dengan menggunakan material yang sama untuk specimen ujinya (dari sisa material pengujian fatigue saat ini). 4. Data yang ada pada diagram SN (SN-Curve) hasil dari pengujian fatigue sepuluh spesimen ini dapat dijadikan sebagai data acuan untuk desain struktur berbasis material baja karbon bekas pakai.

Willems, N., Easley, J.T., and Rolfe, S.T., (1981), “Stength Of Materials, McGrawHill Book Company, New York. Saeed Moaveni, (2000), “Finite Element Analysis, Theori and Application with ANSYS, Second Edition, Minnesota State University, Mankato. Suresh, S., (1998), ”Fatigue of Materials”, 2 nd Edition Cambridge University Press. Symonds J., (1987), ”Mechanical Properties of Material,” Marks‟ Standard handbook for Mechanical Engineers, 9th edition McGraw – Hill Book Company.

6. Daftar Pustaka Annual Book Of ASTM Standards 1999 Volume 01.01 Page 480, ASTM E 466. Annual Book Of ASTM Standards 2002 Volume 01.04 Page 208, ASTM A370. Collins, J.A., (1991), Failure Of Materials In Mechanical Design, John Wiley & Sons, USA. Dieter, G.E, (1988), Metalurgi Mekanik Jilid 2, Erlangga, Jakarta. Goto, M. and Nissitani H., (1994), “Fatigue Life Prediction Of Heat-Treated Carbon Steel and Low Alloy Steel Based On Small Crack Growth Law”, Fatigue and Fract.Engng. Of Mater, and Struct. Vol.17, No.2, pp.171-185. Chandra, Hendri, (2009), “Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM)”, Mechanical Engineering Department, Faculty Of Engineering, University Of Sriwijaya. Boyer, E., Howard (1978), Atlas Of Fatigue Curve, American Sociaty For Metals, Metals Park, Ohio 44073. Karokaro, Muchtar (2001), “Pengaruh Normalizing Ulang Terhadap Sifat Kelelahan Baja DIN 42MnV7”, Jurnal Teknik Mesin,, Volume 1, Nomor 1. Samudro, (1991), “Study On Improvement Methode On Fatigue Strength Of Structure Steel”, Department Of Naval Architecture And Ocean Engineering, Faculty Of Engineering, Hiroshima University, Japan. Nugroho, H.,Wibowo dan Samudro, (2004), ”On The Fatigue Analysis of Mooring Lines in Irregular Wave”, Published and Presented for 4th Regional Conference of Marine Technology 2004,on 7 & 8 at Johor, Malaysia. Nugroho, H.Wibowo dan Samudro, (2007), Laporan Kegiatan Desain Dan Uji Model Buoyhull Tsunami, UPT BPPH, Surabaya. Nugroho, H.Wibowo dan Sahlan, (2008), Laporan Kegiatan Pembuatan Buoyhull Tsunami Dan Uji apung & Decay Test, UPT BPPH, Surabaya.

389

Seminar Nasional Pascasarjana XI ITS, Surabaya 27 Juli 2011 ISBN No

Recommend Documents