SKRIPSI METALURGI FISIK SIMULASI DAN ANALISIS PENGUJIAN FATIK DENGAN VARIASI BEBAN PADA MATERIAL PADUAN ALUMINIUM DAN MAGNESIUM SKRIPSI YANG DIAJUKAN SEBAGAI SYARAT MEMPEROLEH GELAR SARJANA TEKNIK MESIN EKSTENSI
Disusun Oleh: APRIYAN ANGGI SAPUTRA 110421053
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Objek pengujian adalah paduan aluminium dan magnesium dengan perlakuan tempering. Variasi persentase bahan adalah 96% aluminium dan 4% magnesium. Proses pembuatan dengan cara casting, yaitu dengan meleburkan bahan sehingga dapat dicampurkan dan dituang kedalam cetakan berbentuk silinder. Setelah spesimen jadi, dilakukan pembubutan sesuai dengan ukuran pengujian fatik yaitu diameter terbesar 12mm dan panjang 151mm. Pada proses pengujian fatik, dilakukan 3 variasi berat beban uji. Pada berat 11,94 kg menghasilkan tegangan 59,70 MPa, Pada berat 7,62 menghasilkan tegangan 53,74 MPa, Pada berat 5,97 menghasilkan tegangan 45,52 MPa. Dilakukan juga simulasi uji fatik dengan menggunakan program ansys 14.5 dan di ketahui : Pada beban 117,13 N didapatkan umur kelelahan minimum 47120 cycles, faktor keamanan 1,2949 cycles, tegangan alternating stress maksimum 8,945 MPa, Pada beban 74,7522 N didapatkan umur kelelahan minimum 82565 cycles, faktor keamanan 1,7128 cycles, tegangan alternating stress maksimum 2,074 MPa, Pada beban 58,5657 N didapatkan umur kelelahan minimum 135515 cycles, faktor keamanan 2,1106 cycles, tegangan alternating stress maksimum 0,00114 MPa. Kata Kunci : Aluminium, Magnesium, Fatik, Solidwork, Ansys
i Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT Test object is an alloy of aluminum and magnesium with tempering treatment. The variation percentage of the material is 96% aluminum and 4% magnesium. Making process by casting, ie by melting the material that can be mixed and poured into a cylindrical mold. After the specimens so, lathing is done according to the size of the fatigue testing of the largest diameter of 12 mm and 151 mm length. In the process of fatigue testing, performed 3 weight variation test. Weight of 11.94 kg at 59.70 MPa yield stress, heavy 7,62 the yield stress of 53,74 MPa, 5,97 the yield stress of heavy 45,52 MPa. Fatigue test was also performed simulations using ansys 14.5 program and be in the know: the load gained 117,13 N 47120 cycles minimum fatigue life safety factor 1,2949 cycles, alternating voltage of 8,945 MPa maximum stress, the load 74,7522 N obtained fatigue life minimum 82565 cycles, the safety factor 1,7128 cycles, alternating voltage maximum stress 2,074 MPa, the load obtained 58,5657 N 135515 cycles minimum fatigue life safety factor 2,1106 cycles, alternating voltage is 0,00114 MPa maximum stress.
Keywords: Aluminium, Magnesium, Fatigue, Solidwork, Ansys
ii Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan ke hadirat Allah SWT yang senantiasa melimpahkan Rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini selesai. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi ini adalah “SIMULASIDAN ANALISIS PENGUJIAN FATIKPADA MATERIAL PADUAN ALUMINIUM DAN MAGNESIUMYANG DILAKUKAN TEMPERING”. Selama penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan moral dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada : 1. Kedua orang tua, A.Iskandar dan Suyani yang telah memberikan segala dukungan moral dan materil yang tak terhingga. Kepada bapak dan ibu skripsi ini penulis dedikasikan. 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku kepala Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya untuk membimbing penulis hingga skripsi ini dapat terselesaikan. 3. Bapak Ir. Syahril Gultom Msc selaku sekertaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang memberikan izin atas jalannya tugas akhir penulis. Akhirnya penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna baik dari segi teknis maupun materi. Untuk itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang besifat konstruktif dari para pembaca demi penyempurnaan skripsi ini. Besar harapan penulis semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca pada umumnya dan penulis sendiri pada khusunya. Sekian dan terima kasih. Medan,22Juli 2014 Penulis
ApriyanAnggiSaputra Nim. 110421053
iii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ............................................................................................................... i KATA PENGANTAR ........................................................................................... iii DAFTAR ISI .......................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. vi DAFTAR TABEL ................................................................................................ viii DAFTAR NOTASI ................................................................................................ ix BAB1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ...............................................................................1 1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................2 1.3 Tujuan Penelitian..........................................................................................2 1.4 Manfaat Penelitian........................................................................................3 1.5 Batasan Masalah ...........................................................................................3 1.6 Sistematika Penulisan ...................................................................................3 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1
Aluminium .................................................................................................5
2.3
Magnesium .................................................................................................8
2.3
Fatik .........................................................................................................11
2.4
Aspek Rekayasa Fatik ..............................................................................15
2.5
Pengaruh Material pada Kelelahan Logam ..............................................18
2.6
Solidworks ...............................................................................................20
2.7
Ansys........................................................................................................22
BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1
Waktu dan Tempat Penelitian ..................................................................30
3.2
Bahan Penelitian ......................................................................................31
3.3
Alat Penelitian..........................................................................................32
3.4
Proses Pembuatan dan Pengujian.............................................................37
3.5
Simulasi Uji Fatik ....................................................................................42
3.6
Diagram Alir Penelitian ...........................................................................50
iv Universitas Sumatera Utara
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN PENELITIAN 4.1
Variabel Analisa ................................................................................................... 52
4.2
Perhitungan Beban yang diberikan................................................................... 52
4.3
Hasil Simulasi Dengan Program Ansys ................................................................55
4.4
Analisa Hasil Simulasi Kelelahan............................................................64
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1
Kesimpulan ..............................................................................................66
5.2
Saran ........................................................................................................66
DAFTAR PUSTAKA
v Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 2.10 Gambar 2.11 Gambar 2.12 Gambar 2.13 Gambar 2.14 Gambar 2.15 Gambar 2.16 Gambar 2.17 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 Gambar 3.6 Gambar 3.7 Gambar 3.8 Gambar 3.9 Gambar 3.10 Gambar 3.11 Gambar 3.12 Gambar 3.13 Gambar 3.14 Gambar 3.15 Gambar 3.16 Gambar 3.17
Skematis Permukaan Patah Lelah rotary bending penampang bulat ..............................................................................................12 Pembagian Daerah Umur Lelah Dalam Kurva S-N .....................13 Kurva S-N ....................................................................................14 Hubungan Fatik ............................................................................17 Logo Software Solidworks ...........................................................21 Logo Software Ansys ...................................................................22 Sistem Satuan dalam Ansys .........................................................23 Studi Statis Algor dan SolidWorks ...............................................24 Pengaturan awal property studi fatik asnys workbench ...............25 Pengaturan Awal Properti Studi Fatik SolidWorks 2010 ............25 Pengaturan pemilihan material dan Kurva S-N dari SolidWorks 2010 ..............................................................................................26 Pengaturan pemilihan material dan kurva S-N dari Fatigue Wizard ..........................................................................................27 Contoh tampilan kurva sejarah beban variabel ............................27 Hasil analisis fatik persentase kerusakan dan umur siklus kegagalan......................................................................................28 Kurva 2D Rainflow jumlah siklus di SolidWorks 2010 ...............29 Kurva 3D Rainflow persentase kerusakan di SolidWorks 2010 ...........29 Kurva 3D Rainflow jumlah siklus di SolidWorks 2010.......................29 Aluminium ...................................................................................31 Magnesium ...................................................................................31 Magnesium yang sudah dibubut...................................................32 Mesin Gergaji Potong ..................................................................32 Dapur Peleburan ...........................................................................33 Ladel .............................................................................................33 Crucible ........................................................................................34 Blower ..........................................................................................34 Cetakan Spesimen ........................................................................35 Mesin Uji Heattreatment..............................................................35 Mesin Bubut .................................................................................36 Mesin Uji Tarik ............................................................................36 Mesin Uji Fatik ............................................................................37 Mesin Uji Struktur Mikro.............................................................37 Hasil Tuangan spesimen ..............................................................38 Keterangan Mesin Uji Fatik .........................................................41 Diagram Alir Penelitian ...............................................................50
vi Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.18 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Gambar 4.10 Gambar 4.11 Gambar 4.12 Gambar 4.13 Gambar 4.14 Gambar 4.15 Gambar 4.16 Gambar 4.17
Diagram Alir Simulasi .................................................................51 Tampilan arah pembebanan pada force (gaya) ............................54 Tampilan arah pembebanan pada moment ...................................54 Normal Stress Beban Maksimum.................................................55 Tampilan Umur Kelelahan Pada Material al-mg Beban Maksimum....................................................................................56 Tampilan Faktor Keamanan Material al-mg Pada Beban Maksimum....................................................................................56 Tampilan Tegangan Alternating Pada al-mg Pada Beban Maksimum....................................................................................57 Tampilan Alternating Stress terhadap life time Pada Beban Maksimum....................................................................................57 Normal Stress Beban Normal.......................................................58 Tampilan Umur Kelelahan Pada Material al-mg Beban Normal .59 Tampilan Faktor Keamanan Pada Material al-mg Beban Normal..........................................................................................59 Tampilan Tegangan Alternating Stress Pada Material al-mg ......60 Tampilan Alternating Stress terhadap life time Pada Beban Normal..........................................................................................60 Normal Stress Pada Beban Minimum ..........................................61 Tampilan Umur Kelelahan Pada Material al-mg Beban Minimum ......................................................................................62 Tampilan Faktor Keamanan Pada Material al-mg Beban Minimum ......................................................................................62 Tegangan Alternating Material al-mg Pada Beban Minimum .....63 Tampilan Alternating Stress terhadap life time Pada Beban Minimum ......................................................................................63
vii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Sifat Fisik Magnesium ...................................................................9
Tabel 2.2
Satuan-satuan dalam SI ................................................................23
Tabel 3.1
Lokasi dan aktifitas penelitian .....................................................30
Tabel 4.1
Tabel Properties material paduan al-mg ......................................52
Tabel 4.2
Tabel Koordinat Tegangan Normal Stress Beban Maksimum ....55
Tabel 4.3
Tabel Koordinat Tegangan Normal Stress Beban Normal ..........58
Tabel 4.4
Tabel Koordinat Tegangan Normal Stress Beban Minimum .......61
Tabel 4.5
Hasil Pengujian Fatik Sebenarnya ...............................................64
Tabel 4.6
Hasil Pengujian Fatik Simulasi ....................................................65
viii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Simbol
Arti
Satuan
F
= Gaya
N
m
= massa
kg
g
= Gravitasi
m/s2
Q
= Beban yang diangkat
N
v
= Kecepatan angkat
m/s
M
= Torsi/Momen
Nmm
n
= Putaran motor
rpm
σ
= Tegangan tekan
kg/m2
P
= Gaya
kg
A
= Luas penampang
m2
V
= Gaya geser
N
I
= Momen inersia
m4
E
= Modulus Elastisitas
MPa
δ
= Defleksi
m
τg
= Tegangan geser
MPa
σt
= Tegangan permukaan
MPa
ix Universitas Sumatera Utara
