24
besarnya mungkin akan terus-menerus pada waktu tertentu, atau mungkin beban yang diberikan berfluktuasi terus menerus. Aplikasi waktu mungkin
hanya sepersekian detik, atau mungkin bisa berlangsung selama bertahun- tahun. Selain itu pengaruh suhu pemakaian dapat menjadi faktor penentu
lainnya. Sifat mekanik dari suatu bahan material akan penting bagi beberapa pihak
misalnya, produsen dan konsumen dari suatu bahan material, organisasi penelitian, lembaga pemerintah yang akan berbeda tingkat kepentingannya.
Akibatnya, sangat penting akan ada konsistensi dalam cara suatu tes dilakukan, dan dalam interpretasi hasil dari suatu pengujian. Konsistensi ini
dilakukan dengan menggunakan teknik pengujian yang telah di standarkan. Pengadaan dan publikasi standar ini sering dikoordinasikan oleh masyarakat
profesional. Di Amerika Serikat organisasi yang paling aktif adalah American Society for Testing and Materials ASTM. Referensi dalam pengujian dan
pemilihan material di Indonesia sebagian masih menggunakan acuan dari ASTM.
B. Konsep Tegangan dan Regangan
Jika suatu benda mengalami sebuah beban statis atau terjadi perubahan yang relatif lambat dengan waktu dan beban diberikan secara seragam pada
daerah melintang pada permukaan benda uji, perilaku mekaniknya dapat diprediksi oleh tes tegangan-regangan sederhana. Cara inilah yang paling
sering dilakukan untuk logam pada suhu kamar. Ada tiga cara utama di mana beban dapat diterapkan: yaitu, ketegangan, kompresi, dan geser. Dalam
penerapan secara teknik, kebanyakan beban bersifat torsional ketimbang gaya geser murni, jenis pembebanan ini diilustrasikan pada gambar dibawah
ini.
25
Gambar 4.3. a Skema ilustrasi bagaimana suatu beban tarik menghasilkan perpanjangan elongasi dan tegangan linier positif. Garis putus-putus
menunjukkan mengambarkan bentuk awal sebelum terjadinya deformasi, sedangkan garis tebal menunjukkan keadaan setelah terdeformasi. b
Skema ilustrasi bagaimana suatu beban tekan menghasilkan kontraksi dan menghasilkan tegangan linier negatif. c Representasi skematik dari
tegangan geser , dimana = tan θ. d Skema ilustrasi dari deformasi
torsional dengan sudut puntir Φ yang dihasilkan dari momen T yang
diberikan.
C. Pengujian Tegangan
Salah satu pengujian mekanis tegangan-regangan yang paling umum dilakukan adalah pengujian tegangan. Akan kita lihat nanti bagaimana uji
tegangan dapat digunakan untuk menentukan beberapa sifat mekanik dari bahan yang penting dalam desain produk. Suatu specimen uji dideformasi
hingga patah dengan beban tarik yang meningkat secara bertahap yang
26
diterapkan di sepanjang sumbu uniaksial dari panjang spesimen. Sebuah spesimen tarik dibuat seperti pada gambar 4.4. Biasanya, potongan
penampang dari spesimen uji dibuat berbentuk melingkar, tetapi spesimen berbentuk persegi panjang juga bisa digunakan. Bentuk “tulang anjing” ini
dipilih karena pada saat terjadi deformasi selama pengujian, deformasi akan terjadi pada wilayah tengah pusat yang sempit yang memiliki sayatan
melintang seragam sepanjang spesimen, dan juga untuk mengurangi kemungkinan patahan pada ujung spesimen. Diameter standarnya adalah
sekitar 12,8 mm, sedangkan penurunan panjang bagian umumnya sekitar empat kali diameter ini atau sekitar 60 mm.
Gambar 4.4. Spesimen uji standar bentuk sayatan melintang yang melingkar. Perubahan panjang gauge digunakan untuk perhitungan keuletan material
nilai standarnya adalah 50 mm.
Gambar 4.5. Skema alat uji beban tarik. Spesimen dipasang pada penjepit pada alat uji tarik Gambar 4.5. Mesin uji
tarik dirancang untuk membuat spesimen memanjang dengan laju yang konstan,
27
terus menerus dan sekaligus mengukur secara terus menerus beban yang diterapkan sesaat dengan load cell dan elongasi yang dihasilkan
menggunakan extensometer. Sebuah tes tegangan-regangan biasanya memakan waktu untuk melakukan dan pengujiannya bersifat merusak karena
benda uji akan secara permanen cacat dan biasanya retak. Pengujian ini berdasarkan Standar ASTM E 8 dan 8M E.
Output dari uji tarik akan tercatat biasanya pada komputer sebagai beban atau gaya terhadap elongasi. Karakteristik deformasi – beban ini bergantung
pada ukuran specimen uji. Contohnya, akan dibutuhkan dua kali beban untuk menghasilkan perpanjangan yang sama jika luas penampang specimen
dibuat dua kalinya. Untuk meminimalkan faktor geometri, beban dan elongasi dinormalisasi dengan menggunakan parameter tegangan dan regangan
teknis masing-masing. Tegangan teknis didefinisikan oleh hubungan
di mana F adalah beban seketika yang diterapkan ke spesimen secara tegak lurus, dinyatakan dalam satuan newton N, dan A
adalah bidang yang belum mengalami beban m
2
. Unit untuk tegangan teknis selanjutnya hanya disebut tegangan adalah megapascal, MPa SI di mana 1 MPa = 10
6
Nm
2
. Regangan teknis didefinisikan dengan
di mana l adalah panjang asli sebelum beban ditambahkan, dan l
i
adalah perubahan panjangnya. Kadang selisih l
- l
i
dinotasikan dengan Δl. Regangan
teknis selanjutnya disebut regangan tidak berunit, tetapi kadang dinyatakan dalam meter per meter sering digunakan, nilai dari regangan kenyataannya
tidak bergantung dari unit sistem. Kadang regangan dinyatakan sebagai persentase yang mana nilai regangan dikalikan dengan 100.
28
1. Uji Tekan
Pengujian tegangan-regangan tekan dapat dilakukan jika gaya yang diterapkan masuk dalam beban kerjanya. Uji tekan dilakukan dengan cara
yang sama dengan uji tarik, kecuali gaya yang diberikan adalah gaya tekan dan spesimen mengalami kontak sepanjang arah tegangan.
Gambar 4.6. Alat Uji Tekan. Persamaan tekanan dan regangan digunakan untuk menghitung tegangan
tekan dan regangan tekan. Menurut konvensi, kekuatan tekan diberi notasi negatif, dimana akan menghasilkan tegangan negatif. Selain itu, karena l
lebih besar dari l
i
, regangan tekan yang dihitung akan menghasilkan tegangan yang bernilai negatif. Uji tarik lebih umum dilakukan karena lebih mudah untuk
dilakukan dan juga, untuk bahan yang paling banyak digunakan dalam aplikasi struktural, hanya sedikit informasi tambahan yang diperoleh dari hasil
pengujian tekan. 2.
Uji Geser dan Torsi
Untuk pengujian menggunakan beban geser murni seperti pada gambar 4.1.c, tegangan geser
τ dapat dicari dengan menggunakan persamaan
29
Dimana F adalah beban atau gaya yang dikenakan sejajar dengan bagian permukaan atas dan bawah masing-masing yang memiliki wilayah seluas A
. Tegangan geser didefinisikan sebagai tangen dari sudut regangan
θ. Unit untuk tegangan dan regangan geser sama seperti bentuk tarik mereka. Gaya
torsi adalah variasi dari gaya geser murni, dimana saat bagian struktural berkerut seperti pada Gambar 4.3.d, gaya torsi akan menghasilkan gerak
rotasi terhadap sumbu longitudinal disalah satu ujung bagian relatif terhadap ujung lainnya. Contoh dari gaya torsi dapat ditemukan pada as mesin dan
poros kardan, dan juga untuk alat bor. Pengujian torsi biasanya dilakukan pada poros silinder yang padat atau pada tabung. Tegangan geser
τ adalah fungsi dari putaran yang diberikan T, dimana regangan geser berhubungan
dengan putaran sudut yang terjadi Φ, seperti pada gambar 4.3.d.
D. Deformasi Elastis
