meliputi beberapa aspek, antara lain: respon material dan struktur terhadap pembebanan tertentu, mekanisme perubahan bentuk yang terjadi pada saat terjadinya
beban maksimum, dan lain sebagainya.
2.4 Respon Mekanik akibat Beban Impak
2.4.1 Rambatan gelombang tegangan pada batang Untuk memahami teori impak terlebih dahulu diberikan penjelasan tentang
rambatan gelombang, khususnya rambatan gelombang di dalam medium elastis. Gelombang tegangan adalah gelombang mekanis, yaitu gelombang yang memerlukan
suatu medium untuk dapat mentransmisikannya Johnson, 1972. Kecepatan rambat sebuah gelombang sangat ditentukan oleh sifat-sifat medium yang dilaluinya.
Ditinjau dari arah penjalaran, gelombang dibagi atas 2 bagian, yaitu: 1 gelombang transversal dan 2 gelombang longitudinal. Gelombang longitudinal
digunakan sebagai konsep dasar pembahasan teori kekuatan tarik impak. Perilaku gelombang longitudinal pada sebuah batang logam dapat ditunjukkan pada Gbr. 2.8.
Gaya impak diberikan pada ujung kiri batang mengakibatkan batang bergerak ke kanan dengan kecepatan C
1
, pada waktu t.
Gambar 2.8 Perilaku Gelombang Longitudinal C
V
o
, t C
1
, t
Universitas Sumatera Utara
Keseimbangan momentum pada Gbr. 2.8 dapat diformulasikan dalam Pers. 2.11 berikut.
t A
V t
ρ C
A t
F mV
Ft mv
o o
o o
l o
o o
= =
=
o l
o o
V C
σ ρ
= 2.11
dimana C
l
adalah kecepatan gelombang longitudinal merambat pada batang, V
o
adalah kecepatan partikel, dan
σ
o
adalah tegangan pada batang. Modulus elastisitas suatu bahan dapat dinyatakan dengan Pers. 2.12.
ρ
2 l
C E
=
ρ E
C
l
= 2.12
Substitusi Pers. 2.12 ke Pers. 2.11 akan diperoleh Pers. 2.13.
o
V E
o o
o
ρ =
2.13
2.4.2 Diagram Lagrange Impak dari batang-batang kolinier dapat dianalisa secara sederhana dengan
menggunakan diagram lagrange atau diagram ruang waktu atau bidang karakteristik. Representasi atau gambaran ruang waktu dari perambatan gelombang longitudinal
sangat berguna untuk pemeriksaan kolinier dari beberapa batang. Diagram ini dibuat dengan mengetahui dimensi dan sifat mekanis masing-masing batang tersebut.
Diagram Lagrange dapat digunakan untuk:
Universitas Sumatera Utara
a. Menjelaskan metode pengukuran dengan cara membandingkan diagram
Lagrange dengan grafik yang diperoleh dari hasil pengujian.
b. Merencanakan panjang batang impak, batang input, spesimen, dan batang
insiden. c.
Memprediksi lokasi terjadinya keretakan terhadap spesimen. Sumbu mendatarhorizontal adalah panjang susunan batang yang akan dianalisa
sedangkan sumbu vertikal menunjukkan waktu tempuh gelombang sepanjang batang seperti ditunjukkan Gbr. 2.9. Gambar 2.9 menunjukkan diagram Lagrange untuk
pengujian impak tekan metode Split Hopkinson Pressure Bar SHPB. Garis penuh menunjukkan tegangan tekan sedangkan garis putus-putus menunjukkan tegangan
tarik. Pada diagram ini spesimen yang akan diuji ditempatkan di antara batang input dengan batang insiden. Jika batang impak menumbuk batang input dengan kecepatan
tinggi, maka pada interface batang impak dan batang penerus akan timbul tegangan tekan sebesar -
σ yang berpropagasi ke kanan sampai ujung batang input dan ke kiri menuju ujung batang impak. Gelombang tegangan tekan ini selanjutnya akan
berpropagasi ke spesimen dan collar serta menjalar hingga ke ujung batang insiden. Setelah itu gelombang tersebut dipantulkan kembali ke batang insiden dalam bentuk
tegangan tarik . Gelombang pantulan ini akan terus menjalar melewati spesimen dan masuk lagi ke batang input. Sebagian dari gelombang tarik ini dipantulkan lagi ke
batang insiden demikian seterusnya hingga terjadi akumulasi tegangan tarik di dalam spesimen.
Batang impak Batang input
Spesimen Batang insiden
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9 Diagram Lagrange
Setelah terjadi impak, pada interface batang impak dan batang penerus akan timbul tegangan tekan sebesar
σ yang merambat menjauhi interface b.
- Tinjau batang impak Waktu rambat gelombang dari titik a sampai dengan b adalah:
ab ab
C L
t =
1
2.14 Setelah mencapai ujung bebas a gelombang kembali merambat menuju interface
batang penerus dan batang impak b. Jika sifat mekanis dan luas permukaan penampang yang mengalami beban impak sama, maka seluruh gelombang
tegangan akan diteruskan ke batang input.
Universitas Sumatera Utara
- Tinjau batang input Waktu rambat gelombang dari titik b ke c adalah:
bc bc
C L
t =
2
2.15 Setelah mencapai interface batang input dan spesimen c, sebagian besar
gelombang diteruskan ke spesimen. Waktu yang dibutuhkan gelombang untuk merambat di dalam spesimen adalah t
s
. - Tinjau spesimen
Waktu rambat gelombang sepanjang titik c dan d adalah:
o cd
C L
t =
3
2.16 Setelah mencapai ujung bebas titik d, selanjutnya gelombang tekan akan masuk
batang insiden dengan waktu t
3
hingga ke ujung dan akan berbalik menjadi gelombang tegangan tarik.
- Tinjau batang insiden Waktu rambat gelombang sepanjang titik d dan e adalah:
de de
C L
t =
4
2.17
2.5 Metode Tekan Impak Split Hopkinson Pressure Bar SHPB
