Chapter 5. Tegangan & Momen

5.1 Pendahuluan

Material dikatakan kuat apabila tidak terjadi perubahan ukuran, dengan kata lain bahan tidak mengalami deformasi plastis. Besar kecilnya perubahan bentuk ditentukan oleh jenis bahan dan besar serta jenis beban. Momen inersia dapat diartikan sebagai sifat yang menunjukkan kemampuan setiap bahan untuk menahan perubahan yang disebabkan oleh pengaruh momen dari luar. Secara matematis dinyatakan bahwa momen inersia benda terhadap suatu titik atau garis berbanding lurus dengan massa dan kuadrat jaraknya. Momen inersia luas terhadap suatu titik atau garis, besarnya juga berbanding lurus dengan luas dan kuadrat jaraknya. Momen inersia disebut juga sebagai momen kelembaman.

5.2 Jenis-Jenis Pembebanan

Ditinjau dari arahnya, beban dapat dibedakan menjadi tiga macam yaitu :

  1. Beban Aksial

Beban atau gaya aksial arahnya berimpit dengan sumbu. Beban aksial dapat berupa gaya tarik atau berupa gaya tekan (gambar 5.1).

  1. Beban Radial

Beban atau gaya radial arahnya tegak lurus terhadap sumbu (gambar 5.2).

  1. Beban Tangensial

Beban atau gaya tangensial arahnya melintang terhadap sumbu dan cenderung menyebabkan poros berputar (gambar 5.3).

51.jpg

Apabila dilihat dari perubahan beban atau gaya yang bekerja, maka beban dapat dibedakan menjadi beban statis, dan dinamis. Beban dinamis dapat dibedakan lagi menjadi beban berubah tenang, beban kejut, dan berulang (lihat gambar 5.4, 5.5, dan 5.6).

52.jpg

5.3 Jenis-jenis Tegangan

Tegangan dapat diartikan sebagai distribusi beban atau gaya untuk setiap satuan luas. Besar dan diagram distribusinya berbeda-beda tergantung jenis gaya yang bekerja. Tegangan tarik ditandai dengan σt, tegangan tekan ditandai dengan σp, tegangan geser ditandai dengan τg tegangan bengkok atau tegangan lentur ditandai dengan σb, dan tegangan puntir ditandai dengan τp.

5.3.1. Tegangan Tarik

Apabila batang menerima gaya aksial yang mengakibatkan perubahan bentuk yang positif maka akan terjadi tegangan tarik. Besarnya tegangan, berbanding lurus dengan gaya dan berbanding terbalik dengan luas penampangnya.

52a

5.3.2. Tegangan Tekan

Pada prinsipnya, tegangan tekan sama dengan tegangan tarik. Perbedaannya hanya pada arahnya. Tegangan tarik arahnya dan perubahan bentuknya positif, sedangkan tegangan tekan arah dan perubahan bentuknya negatif.  Besarnya tegangan tekan yaitu gaya dibagi luas.

52b

5.3.3 Tegangan Ijin

Tegangan ijin dapat diartikan sebagai, tegangan maksimum bahan yang tidak diperkenankan untuk dilampaui. Besarnya tegangan ijin berbanding lurus dengan tgangan maksimum bahan dan berbanding terbalik dengn angka keamanan. Tegangan ijin serupa dengan tanda tegangan yang lain dan diberi tanda strip (-) di atasnya.

53.jpg

Menentukan teg. tarik ijin max dapat ditentukan berdasarkan tegangan puncak (ultimate stress), tegangan luluh (yield stress), dan dapat berdasarkan tegangan elastis (elastic stress). Tegangan tarik ijin dapat dilihat pada gambar 5.9.

54.jpg

Menentukan tegangan ijin berdasarkan tegangan puncak (ultimate stress), angka keamanan (v) dipakai :

(1) Beban statis v = 2 s/d 5

(2) Beban dinamis v = 6 s/d 12

Angka-angka v ini tidak mutlak. Yang harus diperhatikan bahwa tegangan tarik ijin besarnya lebih kecil atau sama dengan tegangan elastis.

5.4 Hukum Hooke

Hooke meneliti sifat mekanis bahan dengan percobaan tarik (tension test). Dalam percobaan tarik akan mendapatkan data sifat bahan yang meliputi. Kekuatan tarik maksimum, tegangan luluh, perpanjangan dan modulus elastisitas bahan.

5.4.1 Analisa Tegangan

Untuk benda uji baja, grafik yang dihasilkan hampir sama dengan grafik seperti yang ditunjukkan gambar 5.10.

Batas batas yang penting antara lain :

  • Batas proporsional (proporsional limit)

Sampai batas proporsional, pertambahan panjang sebanding dengan pertambahan gaya atau pertambahan tegangan sebanding dengan regangan. Grafik samai dengan titik proposional beraupa garis lurus. Tegangan pada batas proporsional disebut tegangan proporsional (σp).

  • Batas elatis (elastic limit).

Batas elastis yaitu suatu batas, apabila gaya yang bekerja dilepas maka benda uji akan kembali kepada ukuran semula. Sebaliknya apabila gaya telah melampaui titik tersebut, apabila gaya dilepaskan, benda uji tidak kembali ke ukuran semula. Sifat bahan yang masih dapat kembali ke ukuran semula disebut deformasi elastis. Sifat bahan yang tidk dapat kembali ke ukuran semula disebut deformasi plastis. Tegangan pada batas elastis disebut tegangan elastis (σe).

  • Titik luluh atau batas lumer (yield point)

Pada titik lumer terjadi peristiwa bahwa benda uji mengalami pertambahan panjang tanpa pertambahan gaya. Pada titik lumer ada dua macam yaitu titik lumer atas dan titik lumer bawah. Tegangan yang terjadi disebut dengan teg lumer (σy).

  • Batas maksimum (ultimate limits)

Pada batas ini menunjukkan gaya yang mampu ditahan oleh bahan tersebut. Tegangan yang terjadi disebut tegangan maksimum (σmaks) atau teg ultimate (σu).

Tegangan maksimum bahan dipakai standar untuk memberi nama bahan. Baja yang memiliki tegangan tarik maksimum 370 MPa, maka bahan tersebut disebut dengan baja 37 atau St 37. baja yang memiliki tegangan tarik maksimum 600 MPa, maka bahan tersegut disebut dengan baja 60 atau St 60.

  • Batas patah (breaking limits)

Pada batas ini benda uji (speciment) mengalami patah, sebenarnya pada batas maksimum sudah mengalami patah, tetapi karena masih memiliki energi maka masih mengalami deformasi. Tegangan pada batas ini disebut tegangan patah.

Dalam percoban ini yang dianalisa oleh Hooke pada batas E. Dalam prakteknya antara batas P dengan batas E sulit dibedakan, karena titik P merupakan batas akhir linier dan batas E merupakan awal non linier, maka dari itu titik P dan titik E dianggap berimpit.

Pada bidang segitiga yang diarsir menunjukkan bahwa tegangn sebanding dengan regangannya (hukum Hooke).

σ/ε = E

tg θ = σ/ε = E

σ = tegangan tarik (MPa)

ε = regangan (tanpa satuan)

E = modulus elastisitas (MPa)

Besarnya σ = F/Ao

ε = Δl / lo

Δl =

Δl : pertambahan pajang (mm)

Lo : panjang mula-mula (m)

Ao : luas penampang mula-mula (mm2)

E  : modulus Elastisitas (MPa)

Prosentase pertambahan panjang (percent elongation)

= =

Prosentase pengurangan penampang (percent reduction area)

= =

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s