View
1.136
Download
22
Category
Preview:
Citation preview
BAB 1
PENGENALAN
1.1 Latarbelakang
Kerusi merupakan sebuah perabot untuk duduk, menyandarkan belakang,
meletakkan tangan, dan amnya digunakan oleh seorang sahaja. Kerusi juga mempunyai
empat kaki untuk menyokong tempat duduk di atas lantai. Tanpa tempat bersandar dan
tempat meletakkan tangan ia dikenali sebagai bangku. Kerusi untuk tempat duduk lebih
dari seorang adalah seperti sofa, bangku panjang, settee, couch, loveseat, atau recliner.
Kerusi yang terdapat dalam kereta atau panggung wayang turut dipanggil sebagai tempat
duduk. Perabot kerusi biasanya boleh digerakkan atau dipindahkan. Tempat bersandar
sesebuah kerusi kebiasaannya tidak ditutup sepenuhnya untuk membolehkan
pengudaraan. Terdapat juga tempat bersandar kerusi diperbuat daripada bahan yang
berongga-rongga atau terdapat lubang untuk tujuan perhiasan dan pengudaraan.
Seperti yang sedia kita maklum, kerusi mempunyai kegunaannya yang tersendiri
dan mengikut kesesuaian yang ditetapkan. Contohnya kerusi di perhentian bas, kerusi di
kedai makan, kerusi di perpustakaan, kerusi di sekolah, kerusi di majlis, dan sebagainya
mempunyai kegunaan yang berlainan. Kerusi tersebut haruslah digunakan ditempat yang
sesuai dengan tempat, situasi, atau acara untuk tujuan keselesaan pengguna.
1
1.2 Pernyataan Masalah
Daripada pemerhatian yang dilakukan terdapat banyak kerusi kegunaan pelajar di
bilik-bilik kuliah yang telah rosak. Oleh itu, kajian ini dijalankan bagi mengenalpasti
punca-punca kegagalan dan mencadangkan penambahbaikan ke atas struktur kerusi
tersebut.
1.3 Objektif Kajian
Objektif bagi kajian ini adalah untuk menyiasat kegagalan yang berlaku pada
struktur kerusi kegunaan pelajar di UTeM dan mencadangkan penambahbaikan.
1.4 Skop Kajian
1. Mengkaji struktur kerusi kegunaan pelajar di UTeM.
2. Mengenalpasti bahagian yang kritikal pada kerusi apabila dikenakan beban.
3. Melakukan analisis kegagalan statik secara teori.
4. Melakukan analisis kegagalan statik dengan menggunakan perisian MSC
NASTRAN/PATRAN.
5. Melakukan analisis kegagalan lesu pada komponen kerusi yang berkaitan.
6. Analisis keputusan dan kesimpulan.
2
1.5 Kepentingan Kajian
Kajian ini akan dapat memperluaskan lagi pemahaman terhadap struktur sebuah
kerusi dan bagaimana nilai kekuatan yang diperolehi boleh dinilai ketepatannya. Selain
itu, kajian ini dapat menilai jangka hayat kerusi apabila beban dikenakan berkali-kali.
Perbezaan hasil ujian yang didapati boleh difahami dengan jelas puncanya dengan
menenalpasti titik genting kegagalan pada kerusi tersebut.
3
BAB 2
KAJIAN ILMIAH
STRUKTUR KERUSI
2.1 Pengenalan
Dalam kajian ilmiah ini membincangkan tentang kekuatan bahan kerusi yang
digunakan dan faktor-faktor yang mempengaruhi kegagalan kerusi pelajar. Pemahaman
mengenai sifat kekuatan pada bahan kerusi akan memudahkan bagi menganalisis
kegagalan struktur kerusi secara statik. Manakala pemahaman bagi faktor-faktor yang
mempengaruhi kegagalan kerusi pelajar pula akan membolehkan kita membuat
anggapan di mana titik genting kegagalan pada sesebuah kerusi. Di dalam bab ini juga,
semua aspek menjadi maklumat yang berguna harus dikaji dan diselidiki. Pelbagai
maklumat dan aspek harus dikumpulkan bagi memulakan sesuatu analisis.
Maklumat-maklumat mengenai kajian berkenaan syarikat-syarikat pengeluar
kerusi pelajar dan tesis PSM diperolehi melalui sistem komputer iaitu internet
sepenuhnya. Di samping itu maklumat-maklumat tersebut turut diperolehi daripada
Pejabat Pembangunan UTeM dan perpustakaan UTeM bagi mendapatkan sumber
rujukan mengenai kerusi pelajar yang tersedia ada dan buku-buku rujukan dan jurnal
yang berkaitan bagi sokongan kajian ini.
4
2.2 Definasi kerusi
Menurut Kamus Dewan, kerusi didefinisikan sebagai tempat duduk yang
mempunyai kaki dan tempat bersandar (dan biasanya juga mempunyai tempat
meletakkan tangan). Manakala menurut MACMILLAN English Dictionary, kerusi
didefinisikan sebagai sebuah perabot bagi seseorang untuk duduk, dengan tempat
bersandar, kaki, dan kadangkala dengan dua tempat meletakkan tangan.
2.3 Jenis-Jenis Kerusi
Terdapat pelbagai jenis struktur kerusi untuk kegunaan pelajar di UTeM. Berikut
adalah jenis-jenis kerusi pelajar:-
a) Kerusi pelajar dengan meja
Spesifikasi : a) Mempunyai meja jenis papan serpihan (chip board)
b) Berwarna biru gelap
c) Diperbuat daripada plastik (polypropylene)
5
d)Bingkai kerusi diperbuat daripada keluli lembut jenis geronggang
b) Kerusi pelajar dengan meja
Spesifikasi: a) Diperbuat daripada plastik (polypropylene)
b) Berwarna kuning cair
c)Bingkai kerusi diperbuat daripada keluli lembut jenis geronggang
d) Mempunyai meja jenis papan serpihan (chip board)
c) Kerusi pelajar dengan meja
Spesifikasi: a) Diperbuat daripada plastik (polypropylene)
6
b) Berwarna biru cair
c) Bingkai kerusi diperbuat daripada keluli lembut jenis geronggang
d) Mempunyai meja jenis papan serpihan (chip board)
d) Kerusi pelajar dengan meja
Spesifikasi: a) Diperbuat daripada plastik (polypropylene)
b) Berwarna biru gelap
c) Mempunyai meja jenis papan serpihan (chip board)
d) Bingkai kerusi diperbuat daripada keluli lembut jenis geronggang
e) Kerusi Menunggu
7
Spesifikasi: a) Terdapat tiga kerusi tersedia
b) Diperbuat daripada bahan plastik(polypropylene)
c) Mempunyai meja jenis papan serpihan (chip board)
d) Berwarna biru gelap
2.4 Statistik Kerosakan
Berikut merupakan statistik kerosakan kerusi pelajar di UTeM:-
Jadual 2.1: Statistik kerosakan kerusi di UTeM
Tempat Bilangan
Kerosakan
Jenis Kerosakan
1 - Engsel pada meja kerusi tercabut
8
Bilik Taklimat 1 14
2 Bilik Taklimat 2 44
-Engsel pada meja kerusi tercabut
3 Bilik Kuliah 2 1 - Kerosakan pada kaki kerusi
9
4
Makmal
Measurement &
Instrumentation
2
- Kerosakan pada kaki kerusi
i)
ii)
10
Berdasarkan statistik kerosakan kerusi pelajar di atas kebanyakkan jenis
kerosakan adalah pada engsel meja dan juga pada bingkai kaki kerusi. Di mana engsel
pada meja yang tercabut dan bingkai kaki kerusi yang patah terutama yang berdekatan
dengan sambungan yang dikimpal. Antara punca yang menyebabkan jenis kerosakan ini
mungkin adalah disebabkan oleh perbuatan pelajar itu sendiri contohnya perbuatan
vandalisme. Selain itu, penggunaan yang terlalu kerap dan digunakan dalam tempoh
yang lama turut menjadi punca berlakunya kerosakan terutamanya pada kerusi yang
telah karat pada bahagian tertentu.
Oleh kerana skop kajian yang dijalankan hanya tertumpu kepda kerosakan secara
mekanikal atau yang disebabkan oleh kegagalan lesu maka kerusi yang dikaji adalah
pada jenis kerosakan di mana bingkai kaki kerusi yang patah. Maka struktur kerusi yang
akan dikaji adalah jenis kerusi pelajar dengan meja.
11
2.5 Struktur dan Komponen Kerusi
Berikut merupakan spesifikasi kerusi yang dikaji:-
Rajah 2.1: Spesifikasi kerusi yang dikaji
12
Rangka badan
Tempat Duduk
Meja tulis
2.6 Ciri-ciri Bahan Kerusi yang Dikaji
Jadual berkala terdapat 103 unsur-unsur. Bagaimanapun, satu jumlah bahan-
bahan yang besar adalah mungkin apabila ini digabungkan dalam pelbagai pecahan-
pecahan sebagai sebatian-sebatian. Banyak usaha ahli-ahli sains bahan dan jurutera
menumpukan bagi mendapatkan resepi-resepi khususnya daripada hasil sebatian-
sebatian itu dengan struktur molekul, sehingga mengakibatkan satu profil yang dipanggil
ciri-ciri. Bahan-bahan kerusi yang dikaji meliputi termoplastik, besi lembut, dan papan
serpihan.
2.6.1 Termoplastik (polypropylene)
Polimer termoplastik adalah bahan yang boleh dilembutkan menerusi pemanasan
dan dikeraskan menerusi penyejukkan secara berulang kali. Termoplastik merupakan
bahan yang fleksibel, penebat suhu dan elektrik, tahan impak, ringan, sensitif pada suhu,
lembut, dan tahan kakisan. Bahan ini juga kukuh dari ciri-ciri mekanikalnya iaitu
mempunyai kekuatan alah (32MN/m²), modulus kekenyalan (3300 MN/m²), mudah
dibentuk dengan menggunakan proses penyuntikan plastik dengan takat lebur (88ºC).
Apabila terdapat ikatan silang yang pesat, polimer menjadi tegar dan tidak boleh
dibentuk bila dihabakan. Komponen dalam kerusi bagi bahan ini adalah tempat duduk
kerusi.
13
2.6.2 Besi lembut (mild steel)
Besi lembut adalah bentuk besi yang paling umum dan harganya adalah murah dan
ia menyediakan ciri-ciri bahan yang boleh diterima dalam pelbagai aplikasi.Besi lembut
mempunyai kandungan karbon yang rendah (lebih 0.3%) dan ianya bukan terlalu rapuh
atau mulur. Ia mudah dibentuk apabila dipanaskan, maka ia boleh ditempa. Ianya juga
selalu digunakan di mana kuantiti besi yang besar perlu dibentuk, contohnya seperti
struktur besi. Density bagi besi ini ialah 7,861.093 kg/m³ (0.284 lb/in³), kekuatan
tegangan adalah maksimum 500Mpa (72.500 psi) dengan modulus Young 210 Gpa.
2.6.3 Papan serpihan (chip board)
Papan serpihan atau chipboard produk papan kejuruteraan dikeluarkan dari
kilang partikel kayu, seperti serpihan-serpihan kayu, pengetaman kilang papan, atau juga
abuk gergaji, dan resin sintetik atau ikatan sesuai yang lain yang ditekan dan
dilemparkan. Papan serpihan merupakan jenis fiberboard, sejenis bahan komposit,
namun ianya diperbuat daripada kepingan papan yang besar daripada medium-density
fiberboard dan papan keras.
14
BAB 3
KAJIAN ILMIAH
ANALISIS KEGAGALAN
3.1 Pengenalan
Definisi kegagalan adalah mana-mana perubahan pada bahagian mesin yang
membuatkan ia tidak dapat menunjukkan fungsi tersendiri. Seperti yang diketahui,
terdapat dua jenis kegagalan iaitu kegagalan statik dan kegagalan lesu. Kajian ini hanya
tertumpu kepada dua jenis kegagalan tersebut. Kebiasaannya kriteria kekuatan alah
digunakan untuk bahan-bahan mulur. Teori kegagalan mulur adalah berdasarkan alah
(yield).
3.2 Kegagalan Statik
Kegalan statik disebabkan oleh tindakan beban pegun atau beban yang bertindak
sekali sehingga sesuatu komponen gagal seperti ujian tegangan. Tegangan yang melebihi
kekuatan sesuatu bahan menyebabkan bahagian tersebuat gagal.
15
Rajah 3.1: Gambar rajah tegasan-terikan bagi keluli struktur biasa dalam
tegangan tidak mengikut skala
(Sumber: Gere, M.G. dan Timoshenko, S. P. (1997))
3.2.1 Teori Kegagalan Statik
Antara teori-teori yang digunakan untuk kegagalan :
a) Teori tegasan normal maksimum untuk bahan rapuh
Kegagalan berlaku pada suatu anggota yang dikenakan dengan gabungan
daya apabila tegasan utama yang terhasil melebihi nilai tagasan alah sesuatu
bahan.
σ1 > σ2σ3 gagal apabila σ1 = σy σy: Daya alah
16
b) Teori tegasan ricih maksimum
Kegagalan berlaku apabila tegangan ricih maksimum mengalami anggota
mencapai tahap daya yang terhasil pada bahan apabila ia gagal dalam ujikaji
tegangan mudah.
σy: Daya alah
Structural component is safe as long as the maximum shearing stress is less than
the maximum shearing stress in a tensile test at yield, i.e.,
c) Distortion Ernergy Theory Teori tenaga herotan ( Teori Von Mises) untuk
bahan mulur
Biaxial
Structural component is safe as long as the distortion energy per unit
volume is less than that occurring in a tensile test specimen at yield.
3.2.2 Contoh- Contoh Kegagalan Statik
17
Antara contoh yang membawa kepada kegagalan statik adalah apabila
sesuatu mesin digunakan melebihi had yang telah ditetapkan. Contohnya pada
sebuah lif. Sistem pada lif telah menetapkan jumlah berat penumpang yang
mampu ditampung. Namun sekiranya ianya melebihi had tampung, lif akan
rosak.
Selain itu kegagalan statik pada sebuah kren turut boleh berlaku sekiranya beban
yang dikenakan pada pemberat melebihi had kekuatan alah pada tali kren tersebut, dan
menyebabkan tali pada kren putus.
3.3 Kelesuan
Kelesuan adalah satu bentuk kegagalan yang berlaku pada struktur yang
dikenakan atau mengalami tegasan dinamik dan turun-naik (contoh: jambatan,
kapalterbang, dan komponen mesin). Di bawah keadaan sedemikian adalah mungkin
kegagalan berlaku pada tahap tegasan yang lebih rendah dari kekuatan tegangan atau
kekuatan alah untuk beban statik. Sebutan “lesu” digunakan adalah kerana kegagalan
jenis ini biasanya berlaku selepas bahan mengalami kitaran tegasan atau terikan yang
berulang-ulang pada jangka masa yang panjang. Kelesuan adalah penting kerana ia
adalah penyebab utama yang terbesar kegagalan dalam logam, dianggarkan sumbangan
kelesuan adalah 90% dalam semua kegagalan logam; polimer dan seramik juga boleh
mengalami kegagalan jenis ini. Kelesuan adalah sejenis kegagalan yang merbahaya dan
tersembunyi yang berlaku secara tiba-tiba tanpa sebarang amaran (Aziz A. dan Bahrin S.
(1999)).
18
Kegagalan lesu adalah keupayaan satu bahan untuk menjalani beberapa kitaran
beban (load cycle) tanpa pematahan. Pengukuran kegagalan lesu adalah had ketahanan,
di mana tekanan pada keluli patah apabila dikenakan ribuan atau jutaan kali beban.
Menurut Smith dan Hashemi (2006), kegagalan lesu juga adalah kegagalan yang
berlaku apabila spesimen yang mengalami retak lesu dalam dua bahagian atau ternyata
dikurangkan dalam kekuatan.
Kegagalan lesu mempunyai tabii kegagalan rapuh walupun dalam logam yang
biasanya mulur kerana tiada atau jika ada, amat sedikit ubah bentuk plastik yang besar
berkaitan dengan kegagalan jenis ini. Proses kelesuan berlaku dengan permulaan retak-
lesu dan diikuti oleh perambatan retak-lesu, dan biasanya permukaan patah adalah
serenjang kepada arah tegasan tegangan yang dikenakan.
3.3.1 Gambar Rajah S-N
Seperti sifat mekanik, sifat lesu bahan boleh ditentukan dari ujian simulasi
makmal. Ujian tersebut perlu direka supaya ia menyerupai sehampir mungkin keadaan
tegasan perkhidmatan yang akan dihadapi bahan berkenaan dari segi tahap tegasan,
frekuensi masa, corak tegasan, dan sebagainya. Satu gambar rajah skema untuk ujian
putar-lentur yang biasa digunakan untuk ujian lesu ditunjukkan dalam rajah di bawah;
tegasan mampat dan tegangan dibebankan serentak semasa ia dilentur dan diputar. Ujian
juga kerapkali dijalankan menggunakan kitar tegasan tegangan-mampatan ekapaksi
berselang-seli (Aziz, A. dan Bahrin, S. (1999)).
Plot bagi Tegasan(S) lawan nombor kitar (N) diperlukan untuk menyebabkan
kegagalan bagi spesimen dalam ujikaji lesu. Data bagi setiap lengkung pada gambar
rajah S-N diperolehi dengan menetapkan jangka hayat lesu (fatigue life) bagi spesimen
tertakluk kepada pelbagai jumlah turun naik tegasan. Paksi tegasan tersebut boleh
19
mewakili amplitud tegasan, maksimum tegasan atau minimum tegasan. Satu skala log
hampir kerap digunakan bagi skala N dan kadangkala pada skala S.
(a)
(b)
Rajah 3.2: Amplitud tegasan (S) melawan logaritma bilangan kitar ke gagal lesu
(N) untuk (a) bahan yang mempamerkan had lesu (b) bahan yang
tidak mempamerkan had lesu
20
(Sumber: Aziz, A. dan Bahrin, S. (1999))
Kekuatan lesu (Sf) bermula apabila nilai Sut pada N=0 dan menurun secara
logaritma dengan peningkatan kitar.
Dalam sestengah bahan pada kitar 106 – 107, gambar rajah S-N dalam plateaus
dan kekuatan lesu seterusnya menjadi tetap. Plateau ini dikenali sebagai limit daya tahan
(Se) dan sangat penting kerana tegangan di bawah limit ini akan menyebabkannya dikitar
tanpa menyebabkan kegagalan lesu.
Kekuatan lesu atau limit daya tahan (Se) selalunya diambilkira melalui ujikaji
bahan standard (contohnya, ujikaji rasuk berputar).Namun, ianya haruslah diubahsuai
untuk mengambilkira perbezaan fizikal dan suasana di antara ujikaji bahan kerja dan
bahagian sebenar dianalisis:
Sf (or Se) = Ksurface Ksize Kload Ktemperature Kreliability Sf’ (or Se’)
Sf (atau Se) = kekuatan sebenar
Sf’ (atau Se’) = kekuatan yang didapati dari ujikaji standard
3.3.2 Tegasan Berkitar
Menurut Azizan Aziz dan Shamsul Bahrin (1999), tegasan berkitar mungkin
berbentuk atau mempunyai tabii berpaksi (tegangan-mampatan), lenturan atau kilasan.
Secara am terdapat tiga kemungkinan ragam/mod tegasan – masa turun naik yang
21
berbeza. Pertama, diwakili oleh satu tegasan yang nalar dan berbentuk sinus bersandar
masa seperti yang ditunjukkan oleh Rajah 3a dimana amplitudnya adalah simetri
merujuk kepada satu tahap tegasan purata sifar. Contohnya berselang-seli dari tegasan
tegangan maksimum (σmaks) kepada tegasan mampat minimum (σmin) dengan magnitud
yang sama. Ini dirujuk sebagai kitar balikan. Kedua, dikenali sebagai kitar tegsan
berulang seperti yang dipaparkan oleh Rajah 3b; maksimum dan minimum tak simetri
relatif kepada tahap tegasan sifar. Ketiga, amplitud dan frekuensi paras tegasan mungkin
berubah secara rawak (Rajah 3c).
22
Rajah 3.3: Perubahan tegasan dengan masa yang menyebabkan kegagalan patah
(a) Kitar tegsan berbalik, iaitu tegasan ulang-alik dari tegasan tegangan
maksimum (+) ke tegasan mampat maksimum (-). (b) Kitar tegasan
berulang yang mana tegasan maksimum dan minimum tidak simetri
merujuk kepada tahap sifar; tegasan purata σm, julat tugasan σr dan
amplitude tegasan σa ditunjukkan. (c) Kitar tegasan rawak
(Sumber: Aziz, A. dan Bahrin, S. (1999))
3.3.3 Kriteria Kegagalan Lesu
Berikut merupakan langkah penyelesaian yang jeneral:
1) Dapatkan jumlah limit daya tahan sebenar, Se atau lesu,Sf.
2) Dapatkan tegasan nominal, σa,0 dan σm,0 pada bahagian penting.
3) Tetapkan pemusatan tegangan Kf dan Kfm untuk menentukan σa dan σm.
4) Kira faktor keselamatan terhadap lesu, nf.
5) Kira faktor keselamatan terhadap kitar alah pertama ny.
6) Tentukan bahagian yang mengalami risiko lesu atau alah.
3.3.4 Contoh-Contoh Kegagalan Lesu
Terdapat banyak kegagalan yang disebabkan oleh kegagalan lesu. Kegagalan
yang disebabkan lesu boleh membawa bencana sekiranya tidak dikenalpasti dari awal
terutamanya untuk kegunaan pengangkutan penumpang seperti landasan keretapi,
pesawat kapal terbang, kereta, dan sebagainya. Adalah penting untuk kita mengenalpasti
kegagalan lesu yang terdapt pada sesuatu bahan untuk tujuan keselamatan.
23
Antara contoh fenomena yang disebabkan oleh kegagalan lesu adalah seperti
berikut:
a) Landasan keretapi yang disebabkan oleh berat keretapi
i) Hatfield Rail Crash
Rajah 3.4: Kemalangan Keretapi Hatfield
(Sumber: BBC NEWS (Oktober 2000))
Hatfield rail crash merupakan kemalangan landasan keretapi yang berlaku pada
17 Oktober 2000 di Hatfield, Hertfordshier, UK. Kajian mendapati bahawa terdapat
serpihan daripada landasan semasa keretapi melintasinya yang juga dikenali sebagai
‘gauge corner cracking’. Keretakan tersebut adalah disebabkan oleh beban lebih
daripada roda di mana roda tersebut berhubung dengan permukaan landasan. Bebanan
yang berulangkali menyebabkan retak lesu semakin bertambah dan apabila ianya
mencapai saiz yang kritikal, maka landasan tersebut gagal secara terbahagi.
24
ii) Penggunaan kebuk tekanan
Rajah 3.5: Dandang bagi keretapi stim bersendi Merddin Emrys yang dibina pada
tahun 1879 dan masih digunakan untuk mengangkut penumpang di
sepanjang landasan keretapi tolok sempit Fetiniog di Wales Utara
(Sumber: Ashby, M. F. dan Jones, D. R. (1980))
Menurut Ashby dan Jones (1980), bagi kebuk tekanan yang dikenakan beban
berkitar maka retak boleh membesar disebabkan lesu. Kebuk yang pada mulanya
diluluskan selamat mungkin akan menjadi tidak selamat kerana berlakunya pembesaran
25
retak ini. Tahap pertumbuhan retak boleh ditentukan melalui ujian lesu pada sekeping
keluli yang telah diretakkan dari jenis yang sama dengan yang digunakan untuk
membuat kebuk tekanan. Oleh itu, jangka hayat yang selamat bagi kebuk tekanan boleh
dianggarkan melalui kaedah yang digambarkan.
Dandang stim (Rajah 3.5) diuji dengan ujikaji tekanan dan ujian seumpama ini
selalunya dilakukan setahun sekali. Jika kegagalan tidak berlaku pada kebuk tekanan
dalam keadaan dua kali ganda tekanan kerja, makan tegasan guna biasa adalah setengah
(paling tinggi) daripada nilai tegasan yang diperlukan untuk menghasilkan patah segera.
Jika kegagalan sebenarnya berlaku semasa ujian hidraulik ini maka tidak ada sesiapa
pun yang akan mendapat kecederaan kerana tenaga yang tersimpan di dalam air yang
termampat adalah sangat kecil. Ujian berkala adalah penting kerana retak di dalam
dandang stim boleh membesar akibat lesu, kakisan, tegasan kakis dan lain-lain. Tatacara
ini selamat kerana retak di dalam kegunaan seumpama ini akan membesar secara
perlahan-lahan (Ashby, M. F. dan Jones, D. R. (1980)).
b) Kemalangan kapal terbang
i) Cebu Douglas C-47 plane (Mt. Pinatubo)
Kemalangan kapal Cebu Douglas C-47 terjadi pada 17 Mac 1957 di Mount
Manunggal, Cebu, Filipina. Kajian mendapati bahawa terdapat kegagalan lesu pada besi
di mana sebuah drive shaft telah patah menyebabkan kegagalan kuasa pada board kapal
(Wikipedia).
26
ii) De Havilland Comet
Logam lesu menjadi kepekaan terhadap jurutera kapal terbang dalam 1954
setelah tiga penumpang daripada jet de Havilland Comet meletup di tengah udara dan
terhempas. Penyiasat daripada Royal Aircraft Establishment di Farnborough, England,
memberitahu bahawa penyiasatan umum yang mana penjuru tajam di sepanjang tingkap
pembukaan kapal (tingkap antena ADF kedepan di atap) ditunjukkan sebagai permulaan
bagi retak. Kulit permukaan bagi kapal terbang adalah terlalu nipis, dan retak daripada
tegangan – tegangan pembuatan wujud di penjuru tersebut. Kesemua tingkap kapal
terbang direka degan cepat degan penjuru bulatan.
iii) Aloha Airlines flight 243, Boeing 737-200
27
Rajah 3.6: Aloha Airlines flight 243, a Boeing 737-200, diambil pada April
28, 1988. Kegagalan pertengahan rangka kapal terbang adalah
disebabkan oleh kewujudan karat lesu
(Sumber: Steven Minkowski dan Gamma Liaison, 1988)
(c) Kegagalan lesu pada bar
Rajah 3.7: Kegagalan lesu bagi bar yang dibebaskan secara kitaran dalam tegangan;
keretakan tersevar secara beransur-ansur di keseluruhan keratan rentas
sehinggalah kegagalan berlaku secara mengejut
(Sumber: Gere, M.G. dan Timoshenko, S. P. (1997))
3.3.5 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kegagalan Lesu
28
Terdapat banyak faktor yang mempengaruhi kegagalan lesu. Faktor-faktor
tersebut haruslah dikaji lebih awal untuk tujuan keselamatan dan mengkaji jangka hayat
lesu. Antara faktor-faktor yang terlibat adalah seperti berikut:
a) Kemasan Permukaan
Semakin kasar, semakin mudah untuk gagal kerana keretakkan mudah terjadi
pada bahagian kasar.
Permukaan kasar menyebabkan tegangan pusat bagi benda-benda halus
(microscopic) yang mengurangkan kekuatan kesu. Compressive residual stresses
tegasan baki secara mampatan boleh diterangkan dalam permukaan dengan
contoh shot peening untuk meningkatkan hayat lesu. Teknik tersebut untuk
membentuk tegangan permukaan sering dirujuk sebagai peening, sebarang
mekanisma yang digunakan untuk membentuk tegangan. Laser peening dan
ultrsonic impact treatment rawatan hentakan ultrasonic juga boleh membentuk
tegangan mampatan permukaan dan meningkatkan jangka hayat bagi komponen.
Pembaikkan ini biasanya dilihat hanya untuk kitar lesu tinggi.
b) Saiz butiran (grain size)
Bagi kebanyakkan logam, butiran alah (grain yield) yang lebih kecil maka
hayat lesu semakin panjang. Namun, kewujudan permukaan yang cacat atau
goresan akan menyebabkan kesan yang lebih besar daripada coarse grained
alloy.
29
c) Keboleharapan
Data yang diperolehi oleh sesuatu untuk komponen mengenai rekod
kegagalan.
d) Jenis bahan
Hayat lesu seperti sifat semasa kitaran beban adalah sangat berbeza bagi
bahan yang berbeza. Contohnya, komposit dan polimer berbeza dari segi bahan.
f) Penumpuan Tegasan, Kf
Beban terpumpun selalunya bertindak ke atas keluasan yang kecil dan
menghasilkan tegasan yang terlalu tinggi dalam kawasan yang kecil iaitu
apabila beban dikenakan pada sambungan pin. Bar juga biasanya mempunyai
lubang atau lain-lain perubahan dalam dimensi. Ketidaksekatan ini
menghasilkan corak tegasan yang tidak licin dan juga menyebabkan tegasan
yang tinggi di kawasan yang terlalu kecil. Tegasan setempat yang tinggi
terhasil oleh lubang, alur, takukan, alur kunci, bahu, ulir dan dan lain-lain
perubahan bentuk secara mendadak dan begitu juga tegasan tinggi terhasil
30
daripada beban dan tindak balas terpumpun, dikenali sebagai penumpuan
tegasan atau kenaikan tegasan (Gere, M.G. dan Timoshenko, S. P., 1997).
Tempat yang mempunyai penumpuan tegasan tinggi seperti lubang,
lekuk, pengecutan garis pusat lebih mudah untuk gagal.
Sekata
Pengecutan diameter
Takik
Lubang bulat
Rajah 3.8: Garisan beban pada beberapa jenis plat yang dikenakan beban paksi
31
g) Kesan Persekitaran
Menurut Aziz dan Bahrin (1999), faktor persekitaran juga akan
mempengaruhi perlakuan lesu bahan. Dua faktor kegagalan lesu berbantukan
persekitaran akan disentuh di sini secara kasar iaitu lesu haba dan lesu kakisan.
Lesu haba biasanya teraruh pada suhu ternaik oleh tegasan haba turun-naik;
tegasan mekanik dari sumber tidak semestinya wujud. Punca kepada tegasan-
tegasan haba ini adalah akibat kekangan kepada pengembangan dan/atau
pengecutan dimensi yang biasanya berlaku dalam bahagian struktur di bawah
keadaan suhu yang berubah-ubah. Magnitud tegasan haba yang mungkin
terbentuk oleh perubahan suhu ΔT adalah bersandar kepada pekali
pengembangan haba a1 dan modulus keanjalan E menurut persamaan
σ = a1 E ΔT
Kegagalan akibat tindakan serentak tegasan berkitar dan serangan kimia
dikenali sebagai lesu kakisan. Persekitaran mengakis mempunyai pengaruh
yang memudaratkan dan mengakibatkan hayat lesu yang pendek. Bahkan
persekitaran ambien biasa akan memberi kesan kepada perlakuan beberapa
bahan. Lubang kecil mungkin terbentuk hasil daripada tindakbalas kimia antara
persekitaran dan bahan. Lubang ini boleh menjadi titik penumpuan tegasan dan
seterusnya sebagai tapak penukleusan retak. Tambahan pula, kadar perambatan
retak meningkat akibat persekitaran mengakis. Tabii tegasan akan
mempengaruhi perlakuan lesu. Sebagai contoh, mengurangkan frekuensi
32
aplikasi beban memanjangkan masa pada mana retak terdedah kepada
persekitaran dan memendekan hayat lesu.
Beberapa pendekatan untuk mencegah lesu kakisan wujud adalah seperti
menggunakan salutan, memilih bahan yang tahan kakisan serta mengurangkan
keupayaan mengakis persekiataran. Adalah baik juga meminimakan kegagalan
lesu biasa dengan mengurangkan tahap tegasan tegangan (Aziz A. dan Bahrin
S. (1999)).
Rajah 3.9: Mekanisma perambatan retak lesu
(a) Sifar atau bebanan mampat maksimum
(b) Beban tegangan kecil
(c) Bebanan tegangan maksimum
(d) Beban mampat kecil
(e) Sifar atau beban mampat kecil
(f) Beban tegangan kecil
(Sumber: Aziz A. dan Bahrin S. (1999))
33
3.4 Kajian Terdahulu
Kajian terdahulu meliputi kajian-kajian yang berkaian dengan kajian yang
melibatkan kegagalan statik dan kegagalan lesu atau apa-apa yang berkaitan dengan
PSM yang dikaji. Tujuan mengkaji kajian-kajian terdahulu adalah untuk dijadikan
sebagai rujukan dan sebagai garis panduan dalam membuat kajian. Kajian yang
diperoleh adalah berdasarkan jurnal-jurnal terdahulu.
3.4.1 Moment loads on Branch-pipe Juntion, Beban momen pada sambungan paip
oleh D. G. Moffat
Melalui artikelnya, membincangkan mengenai implikasi two run ends fixed
(TREF) untuk beban momen yang dikaji oleh Rodabough dan Moore. Menurutnya,
tegasan maksimum adalah pada bahagian penyambungan. Terdapat dua cara dalam
melakukan kajian di atas model two run end fixed, iaitu melalui kaedah ujikaji dan juga
melalui kaedah unsur terhingga.
34
Melalui ujikaji yang dilakukan oleh Moffat dan Mistry, beliau menimbangkan
tentang kesan beban ke atas sambungan. Beliau telah menggunakan lapan model untuk
tujuan ujikaji tersebut.
Daripada ujikaji tersebut, pekali tegasan dan Maximum Von Mises Effective
Stresses tegasan efektif maksimum von mises diperolehi dari setiap sambungan dan
setiap kategori momen. Tegasan di sekitar bahagian sambungan dan di setiap kombinasi
momen turut dikaji.
Kesimpulan dari kajian yang dilakukan didapati tegasan statik yang paling
maksimum berlaku pada bahagian sambungan chord dan brace . Tegasan yang diperoleh
bergantung kepada diameter chord. Dalam ujikaji ini juga didapati bahawa terdapat
perbezaaan dalam tegasan antara sambungan tubular yang dikekang sebelah sahaja
dengan sambungan turbular yang dikekang pada kedua- dua hujungnya.
3.4.2 Fatigue Behaviour of T joints: Square Chords and Circular Braces Kelakuan
lesu bagi sambungan T:…….. oleh P. Ghandi dan Stig Berge
Tujuan utama yang dijalankan oleh Ghandi dan Berge adalah untuk mengkaji
kelesuan sambungan turbular yang digabungkan pada bahagian chord yang
bersegiempat dengan brace yang bulat. Keputusan yang diperolehi akan dibandingkan
dengan nilai rintangan kelesuan sambungan pelbagai jenis model sama ada segiempat
dengan segiempat ataupun bulat dengan bulat.
35
Ujikaji statik yang dijalankan terhadap tujuh sambungan turbular T yang dibuat
dengan menggunakan chord yang bersegiempat dengan brace yang bulat bertujuan
untuk menunjukkan tegasan elastik dan faktor penumpuan tegasan.
Jumlah keseluruhan sebanyak sembilan ujian kelesuan telah dijalankan pada
sambungan turbular T yang dibina dengan bahagian chord yang bersegiempat dan brace
yang berbentuk bulat. Kesemua beban paksi yang dikenakan adalah beban mampatan
paksi pada brace. Ujikaji kelesuan yang dilakukan terhadap pelbagai geometri
sambungan. Tiga parameter geometri yang utama adalah nisbah diameter, β (d/D),
kekerasan chord, γ (D/2T), dan nisbah ketebalan, г (t/T).
3.4.3 FEM Algorithm for Chair Optimization Permodelan FEM untuk
pengoptimisasian kerusi oleh Jerzy Smardzewski dan Tomasz Gawronski
Objektif bagi kajian yang dijalankan adalah untuk mengkaji keberkesanan
kaedah pengoptimuman statik dengan menentukan isipadu bahan yang paling minimum
dalam fungsi masa dan nombor sample.
Kesimpulannya, ujikaji mendapati bahawa pengoptimuman statik bagi struktur
pembinaan kerusi dengan bantuan Kaedah Monte-Carlo dikamirkan dengan suasana
FEM membolehkan had bahan dikurangkan kepada 53% daripada isipadu awal dalam
17saat bagi penggunaan kerja.
3.4.4 Fatigue Crack Growth for Constant Amplitude Loading
36
Model perkembangan retak lesu di bawah beban kelebaran tetap telah
dibangunkan disebabkan keseimbangan tenaga semasa retak semakin berkembang.
Tegasan dan terikan elastik-plastik retak hujung yang terdekat dikira berdasarkan
formula asas Hutchinson, Rice dan Rosengren (HRR). Kadar perkembangan retak lesu
secara lurus dan berdekatan bahagian bendul bagi da/dN lawan lengkuk ΔK boleh
didapati daripada asas model yang dicadangkan dibawah syarat ciri-ciri kitar rendah lesu
(low cycle fatigue) yang terdapat pada benda kerja yang licin.
Kesimpulan daripada kajian, ciri-ciri perkembangan retak lesu bagi besi telah
disiasat dengan terperinci dan model perkembangan retak lesu bagi beban kelebaran
tetap telah diterbitkan. Kadar perkembangan retak lesu seperti yang ditafsirkan oleh
model bergantung kepada ciri-ciri kitar rendah lesu (LCF) bagi bahan contohnya, n’, σ’f,
dan ε’f. Model yang tersedia mengambil kira jumlah kemuluran hilang bagi bahan di
antara kitar zon plastik dengan mengambilkira tenaga terikan plastik yang terdapat
dalam lingkungan dan kitar lengkuk tegasan-terikan.
3.4.5 Fatigue Crack Path in Cu-Ni-Mo Alloyed PM Steel oleh A. Bergmark dan L.
Alzati
Tujuan utama kajian adalah untuk mencari batas retak dalam hubungan martensit
kaya-Cu dan austenit kaya-Ni dan juga di bawah permukaan. Langkah-langkah mengisar
dilakukan dalam sekitar 20µm, dan permukaan retak bagi setiap aras dicatit dengan
menggunakan light optical microscope (LOM). Kajian turut menggunakan ujikaji lesu
terhadap PM steel bars untuk mengawal pemindahan lengkungan satah. Perkembangan
batas retak secara terperinci ditunjukkan apabila benda kerja diuji dalam lengkungan
37
empat titik pada 220 ± 220 MPa. Ujikaji dihentikan apabila terdapat penyesuaian
ditingkatkan kepada 1.5% setelah 91 kitarkilo.
Dengan menggunakan perkembangan retak 3D, terdapat dua posisi di mana
terdapat kewujudan retak disebabkan kawasan kaya-Ni diselidik.
Kesimpulannya, austenit kaya-Ni dikelilingi dengan martensit yang menghalang
retak daripada memasuki ke austenit. Keputusan menunjukkan bahawa austenit seperti
itu bukan merupakan penghenti retak.
3.4.6 Constitutive Dependence in Finite-Element Modeling of Crack Closure During
Fatigue oleh H. Andersson, C. Persson, T. Hansson, S. Merlin, dan Jarvstrat
Tujuan kajian dijalankan adalah untuk menganalisis dan membandingkan dengan
keputusan ujikaji bagi kesan pemilihan hubungan mustahak (constitutive relation) pada
ramalan tegasan pembukaan retak bagi retak lesu dengan menggunakan kaedah unsur
terhingga.
Dua ujikaji berbeza didapati hubungan tegasan-terikan bagi IN718 pada 550ºC
digunakan untuk menyesuaikan parameter bahan kepada kinematik lurus dan model
mustahak Bodner-Partom viscoplatic. Nilai ujikaji bagi tegasan permukaan retak yang
didapati dengan kaedah keupayaan jatuh bagi kes dua beban dianalisis. Dua kes beban
yang berbeza, kawalan beban dan kawalan pemindahan dikaji dan didapati bahawa
kaitan antara ujikaji dan huraian tegasan pembukaan retak ternyata berbeza dengan
penerangan bahan, kriteria pembukaan dalam simulasi dan kes bahan. Ujikaji
38
menunjukkan bahawa langkah berhati-hati dalam pemilihan penerangan bahan,
pembukaan kriteria bagi simulasi perkembangan retak.
BAB 4
KAEDAH UNSUR TERHINGGA
4.1 Pengenalan
Analisis dengan menggunakan komputer merupakan satu bidang yang agak baru
ketika ini. Kebanyakan analisis tersebut melibatkan sesuatu struktur yang lebih
kompleks. Teknologi komputer pada hari ini juga memudahkan peluang untuk
merekabentuk. Antara perisian analisis unsur terhingga yang terdapat di pasaran adalah
MSC NASTRAN/PATRAN, COSMOS-M, ABAQUS, LUSAS, ANSYS dan
39
sebagainya. Skop projek hanya melibatkan analisis penyelesaian masalah dengan
menggunakan perisian MSC NASTRAN/PATRAN.
Kaedah unsur terhingga (FEM) atau juga dikenali sebagai anlisis usur terhingga
(FEA), merupakan teknik perkomputeran yang sering digunakan untuk mendapat
penyelesaian yang hampir dengan masalah nilai sempadan dalam kejuruteraan. Secara
ringkasnya, masalah nilai sempadan merupakan satu masalah secara matematik di mana
satu atau lebih pembolehubah tidak bersandar harus memenuhi persamaan pembezaan
dan memenuhi keadaan spesifik pada sempadan bagi domain. Masalah nilai sempadan
juga dikenali sebagai masalah lapang (field problem). Field tersebut merupakan domain
kepada interest dan kebanyakkan sering mewakili sebuah struktur fizikal. Pembolehubah
lapang (field variables) merupakan pembolehubah tidak bersandar bagi faedah yang
dikuasai (interest governed) dari persamaan pembezaan. Eadaan sempadan merupakan
nilai spesifik bagi pembolehubah lapang (atau yang berkaitan dengan terbitan-terbitan)
pada sempadan bagi field. Bergantung kepada jenis masalah fizikal yang dianalis,
pembolehubah lapang mungkin meliputi pemindahan fizikal, suhu, fluks haba (flux
heat), dan kelajuan bendalir (Hutton D. V. (2004)).
Kaedah unsur terhingga merupakan kaedah berangka untuk menyelesaikan
masalah bidang kejuruteraan dan matematik fizik. Bidang masalah tertentu untuk kajian
kejuruteraan dan matematik fizik kebanyakan diselesaikan dengan menggunakan kaedah
unsur terhingga termasuklah analisis struktur, pemindahan haba, aliran bendalir, beban
kenderaan, dan keupayaan elektromagnetik (Logan (2001)).
Dalam kaedah unsur terhingga, untuk mendapatkan penyelesaian bagi masalah
yang kompleks, sesuatu struktur itu haruslah dibahagikan kepada beberapa unsur yang
kecil dan disambung melalui nod. Ini adalah bertujuan untuk memudahkan penyelesaian
dibuat. Oleh kerana masalah ini dipermudahkan maka keputusan yang diperoleh adalah
40
satu keputusan yang menghampiri penyelesaian sebenar sahaja. Walaupun keputusan
bukan yang sebenar namun ia merupakan kaedah yang paling baik buat masa ini dan
kejituan keputusan yang diperoleh boleh dipertingkatkan lagi dengan menambah lebih
banyak unsur.
Rajah 4.1: Unsur yang bersambung dengan nod
4.2 Asas Analisis Keadah Unsur Terhingga
Teknik dan terminologi umum bagi analisis unsur terhingga diterangkan seperti
rujukan gambar rajah di bawah. Gambar rajah menggambarkan sebuah isipadu bagi
sesetengah bahan yang diketahui sifat-sifat fizikalnya. Isipadu tersebut mewakili domain
41
Nod
Unsur
bagi sempadan nilai masalah yang dikaji. Secara ringkasnya, dengan menganggap kes
bagi dua dimensi dengan sebuah pembolehubah lapang (field variable), Φ(x,y) untuk
ditetapkan pada setiap titik P(x,y) seperti dalam persamaan yang diketahui memenuhi
nilai-nilai sama seperti setiap titik. Pastikan bahawa ini mengandungi sama seperti
gambaran penyelesaian matematik bagi pembolehubah bersandar.
Rajah 4.2: (a) Dua dimensi domain umum pada pembolehubah lapang Φ(x,y)
(b) Tiga nod unsur terhingga dikenali sebagai domain
(c) Pertambahan unsur-unsur menunjukkan separuh unsur mesh
bagi domain
(Sumber: Hutton D. V. (2004))
Contohnya dengan pertimbangkan rasuk julur (cantilever beam) seperti dibawah:
42
Rajah 4.3: Rasuk jalur
Analisis unsur terhingga bermula dengan anggaran lingkungan dari kepentingan
kepada nombor mesh-mesh (unsur segitiga). Setiap mesh dihubungkan untuk berkongsi
nod dan seterusnya menjadi unsur terhingga.
4.3 Proses dalam FEA
Berikut merupakan langkah-langkah prosedur bagi proses yang terlibat dalam
analisis unsur terhingga (FEA):-
a) Mendiskretkan domain
43
b) Pemilihan model penyisipan (interpolation model) yang betul
c) Penerbitan matriks kekakuan unsur dan vektor beban
d) Perhimpunan persamaan unsur untuk mendapatkan keseluruhan
persamaan keseimbangan (equilibrium equation)
e) Penyelesaian bagi pembolehubah lapang yang tidak diketahui
(pengamiran keadaan sempadan)
f) Perhitungan unsur terikan dan tegasan.
4.4 MSC Nastran
MSC Nastran merupakan perkara umum kaedah unsur terhingga untuk
penyambungan kompleks yang kecil. Satu bukti dan kaedah standard dalam bidang
struktur analisis untuk empat dekad menunjukkan Nastran menyediakan julat seni
bentuk (modeling) yang luas dan kemampuan analisis, termasuklah lurus statik,
pemindahan, terikan, tegasan, gegaran, pemindahan haba, dan sebagainya. Tambahan
lagi, Nastran boleh mengawal mana-mana bahan jenis plastik dan besi kepada komposit
dan bahan hiper-elastik.
4.5 MSC Patran
Patran adalah pendahuluan kepada pra dan sesudah pemproses bagi simulasi
CAE. Program modeling dan surfacing tool yang maju tersebut membolehkan
penciptaan model unsur terhingga dari garisan. Kelebihan boleh didapati daripada CAD
access tool Patran yang maju untuk berkerja secara langsung dalam CAD model yang
wujud. Degan kemasukan secara lansung, Patran import model geometri tanpa
pengubahsuaian. Sekiranya tiada penterjemahan tempat yang diambil, maka geometri
44
CAD masih tidak berubah. Setelah geometri diimport, Patran akan digunakan untuk
menentukan beban, keadaan sempadan (boundary condition), dan sifat bahan.
Setelah model unsur terhingga siap, hantar model ke analisis struktur. Patran
menyediakan kamiran penuh dengan penyelesaian analisis perisian MSC termasuk
Nastran.
Sebagai sesudah pemproses (post-processor), Patran dengan cepat dan jelas
mempamerkan keputusan analisis dalam struktur, terma, lesu, bendalir, istilah magnet
atau dalam hubungan kepada aplikasi lain di mana keputusan data-data adalalah
berhubung dengan elemen terhingga atau nod.
Patran adalah sebenarnya standard dalam hubungan rekabentuk, analisis, dan
penilaian keputusan dalam situsi tunggal dan tidak berkelim (seamless).
45
BAB 5
KAEDAH KAJIAN
5.1 Pengenalan + flow chart
5.2 yg lain2 tu dlm bentuk sub topic
5.1 Pengenalan
Bab ini menerangkan tentang perkembangan bagi projek dan juga menerangkan
mengenai kaedah kajian yang digunakan untuk menyelesaikannya. Perkembangan
projek ditunjukkan dalam bentuk carta alir (Rajah 5.1). Kaedah kajian atau metodologi
merupakan proses-proses pembangunan dalam kajian bermula dari peringkat Pertama
sehingga peringkat akhir projek iaitu kesimpulan. Tambah
46
5.2 Carta Alir Kaedah Kajian
Berikut merupakan carta alir sepanjang kajian dijalankan:-
47
Rajah 5.1: Carta alir kajian
Terdapat beberapa peringkat dalam menyelesaikan kajian ini agar ianya dapat
disiapkan seperti yang telah dijadualkan. Peringkat pertama adalah kajian ilmiah di
mana kajian yang terdahulu ada dikaji untuk mendapat lebih bahan maklumat dan
MULA
Kajian IlmiahMengkaji struktur kerusi pelajarAnalisis kegagalan statik & kegagalan lesuAnalisis kaedah unsur terhinggaKajian terdahulu
Melukis rekabentuk secara terperinci dengan menggunakan perisian CAD
Analisis kegagalan statik dengan menggunakan MSC NASTRAN/PATRAN
Membuat ujian kegagalan lesu pada komponen kerusi pelajar
Membuat analisis tentang kegagalan lesu pada komponen kerusi pelajar
TAMAT
Kesimpulan
Membuat ujian tegangan pada komponen kerusi
Membuat analisis statik secara teori
48
sebagai rujukan untuk menjana idea dan konsep ke atas kajian. Selain itu, eringakat ini
turut mengkaji struktur kerusi pelajar UTeM bagi menentukan jenis kerusi yang akan
dijadikan sebagai bahan kajian. Analisis teori bagi kegagalan statik dan kegagalan lesu
serta analisis teori kaedah unsur terhingga turut dikaji sebgai pemahaman kepada kajian
yang dijalankan.
Peringkat kedua kajian pula di mana analisis kegagalan statik secara teori
dijalankan. Analisis kegagalan statik secara teori dijalankan bertujuan untuk mencari
maksimum tegasan normal dan maksimum tegasan lentur bagi komponen-komponen
kerusi yang terlibat. Nilai yang tersebut akan dibandingkan dengan nilai yang diperolehi
melalui ujikaji dan melalui analisis FEA.
Manakala di peringkat ketiga, ujian tegangan komponen kerusi dilakukan untuk
menentukan sifat-sifat bahan pada komponen kerusi. Satu gambar rajah tegasan-terikan
akan diplotkan dan gambar rajah tegasan-terikan ini merupakan ciri bahan tersebut dan
dapat menyampaikan maklumat berhubung dengan sifat-sifat mekanikal dan jenis-jenis
kelakuan bahan. Alat? Figure if necessary.
Di Peringkat keempat, rekabentuk struktur komponen kerusi dilukis secara
terperinci dengan menggunakan perisian CAD (MSC SolidWorks). Lukisan hanya akan
tertumpu kepada binkai kerusi sahaja memandangkan kajian yang dilakukan hanya
tertumpu kepada kegagalan yang berlaku pada bingkai kerusi sahaja. Lakaran lukisan
dilakukan terlebih dahulu dan dimensi sebenar komponen kerusi akan ditentukan.
Lukisan komponen tersebut akan dieksport semasa FEA dilakukan pada peringkat
seterusnya.
Pada peringkat yang kelima, analisis kegagalan statik dengan menggunakan
perisian NASTRAN/PATRAN dijalankan bagi menentukan titik kritikal komponen
kerusi tersebut dengan mengiimport lukisan komponen kerusi daripada perisian
49
SolidWorks. Nilai yang didapati daripada FEA akan dibandingkan dengan analisis statik
yang telah dilakukan secara teori.
Manakala di peringkat yang keenam, ujian kegagalan lesu akan dijalankan ke
atas komponen kerusi pelajar UTeM dijalankan. Komponen kerusi yang gagal akan
dipotong mengikut spesifikasi yang ditentukan. Dalam ujian ini gambar rajah S-N
(tegasan melawan bilangan kitaran penyebab kegagalan) diplotkan.
Seterusnya di peringkat ketujuh pula analisis kegagalan lesu pada komponen
kerusi pelajar dilakukan. Berdasarkan graf S-N yang diperoleh, lengkok pada graf
dianalisis dan kebiasaannya lengkok sedemikian mempunyai bentuk umum seperti yang
ditunjukkan dalam Rajah 3.2(a) apabila paksi menegak kebiasaannya adalah dalam skala
lelurus dan paksi mendatar dalam skala log.
Sementara peringkat terakhir adalah dengan membuat kesimpulan terhadap
keseluruhan kajian. Dalam peringkat ini, kesemua keputusan haruslah disimpulkan dan
menentukan sama ada objektif kajian tercapai atau tidak.
5.3 Ujian Tegangan (Tensile Test) –nyatan apa yg akan dilakukan dan kenapa..
Sifat-sifat mekanikal bahan yang digunakan dalam kejuruteraan ditentukan
dengan melakukan ujian ke atas contoh-contoh kecil bahan tersebut. Ujian-ujian
dijalankan dalam makmal menguji bahan lengkap dengan mesin ujian yang
berkemampuan menghasilkan beban ke atas contoh dalam pelbagai cara termasuk
pembebanan statik dan dinamik dalam tegangan dan mampatan (Gere J. M.,
Timoshenko S. P. (1990)).
50
Salah satu ujian tegangan-terikan mekanik yang lazim dijalankan adalah bentuk
tegangan. Ujian tegangan digunakan untuk menentukan beberapa sifat mekanik bahan
yang penting dalam rekabentuk. Dalam ujian ini satu spesimen diubah bentuk lazimnya
sehingga patah menggunakan beban tegangan yang meningkat secara perlahan. Beban
ini dikenakan secara ekapaksi sepanjang paksi spesimen (Aziz A. dan Bahrin S. (1999)).
Mesin ujian tegangan direkabentuk untuk memanjangkan spesimen pada kadar
tetap dan menyukat secara berterusan dan serentak, beban yang dikenakan pada
spesimen dan pemanjangan (menggunakan extensometer). Suatu ujian tegasan-terikan
mengambil masa beberapa minit untuk dijalankan dan spesimen musnah (iaitu spesimen
telah berubah bentuk dan lazimnya juga patah). Hasil daripada ujian tegangan
direkodkan atas carta sebgai beban atau daya melawan pemanjangan.
5.4 Ujian Lesu (Fatigue Test) Nyatakan apa yg akan dilakukan dan kenapa
Satu siri ujian dimulakan dengan membebankan satu spesimen dengan satu kitar
tegasan pada amplitud tegasan maksimum, σmaks biasanya 2/3 daripada kekuatan
tegangan statik. Bilangan kitar sebelum patah direkodkan. Prosedur ini diulangi pada
spesimen yang lain dengan amplitud tegasan maksimum yang berkurangan secara
beransur-ansur. Data diplotkan sebagai tegasan, S melawan logaritma bilangan kitar
sebelum gagal, N untuk setiap spesimen. Nilai S biasanya diambil sebagai amplitud
tegasan, σa; kadangkala nilai σmaks atau σmin mungkin digunakan.
51
BAB 6
ANALISIS STATIK SECARA TEORI
52
6.1 Pengenalan
Anggota struktur kerap diperlukan lebih daripada satu jenis pembebanan.
Misalnya, sebatang aci kilasan mungkin juga mengalami lenturan atau sebuah rasuk
mungkin mengalami tindakan momen lentur dan daya paksi yang bertindak serentak.
Analisis tegasan suatu anggota yang mengalami pembebanan penggabungan begini
biasanya boleh dilakukan dengan menindih-nindihkan tegasan yang disebabkan oleh
setiap beban yang bertindak secara berasingan (Gere, J. M. dan Timoshenko, S. P.
1990).
Analisis bermula dengan menentukan tegasan yang disebabkan oleh daya paksi,
daya kilas, daya ricih, dan momen lentur dengan menggunakan formula tegasan yang
telah diterbitkan. Kemudiannya tegasan-tegasan ini digabungkan pada sebarang titik
khusus di dalam struktur komponen bagi mendapatkan paduan tegasan pada titik
berkenaan. Dengan itu, tegasan σx, σy, τxy bertindak ke atas suatu unsur tegasan di titik
adalah diketahui. Berikutnya, tegasan yang bertindak pada arah condong boleh diperiksa
sama ada dengan menggunakan cara persamaan penjelmaan tegasan atau bulatan Mohr.
Dengan cara ini, seberapa banyak kedudukan genting dalam anggota boleh
dianalisis dan juga dapat dipastikan sama ada rekabentuk tersebut selamat atau jika
tegasan didapati terlalu besar atau terlalu kecil, rekabentuk perlulah diubahsuai.
53
6.2 Contoh Analisis Statik Secara Teori
6.0 Bahan yang digunakan
Keluli lembut
Ketumpatan =
Kekuatan alah
-stress
-shear stress
Modulus young
Modulus ketegaran
Lukiskan gambar rangka kerusi dan labelkan bahagian yang hendak dibuat pengiraan
(contoh : penyokong tengah)
6.1 Pengiraan tegasan lentur maksimum pada sokongan tengah
-Jumlah daya yang dikenakan pada kerusi
-Jumlah daya yang bertindak pada penyokong tengah
-Rajah
-Pengiraan daya tindakbalas dan gandingan pada bahagian sambungan
-Pengiraan tegasan lentur maskimim
-Faktor keselamatan
6.2 Pengiraan tegasan maksimum pada bahagian kaki kerusi
-Sama seperti yg telah dibuat, Cuma pecahkan kepada: Tegasan normal, tegasan
ricih dan tegasn maksimum. Kemudian faktor keselamatan.
54
Element 1
Anggap P = 60kg = 588.6kg
55
Bagi beban seragam, w = P/L = 588.6/0.49 = 1201.2 N/m
Disebabkan ianya simetri;
Maka Ra = Rb =
Momen inersia, M =
Pada bahagian AB;
;
Pesongan pada B;
56
………………………. (1)
Gantikan ke dalam persamaan (1);
Disebabkan yB = 0;
57
Dengan itu, tegasan maksimum bagi momen lentur adalah
= 81.26 MPa
Manakala faktor keselamatan bagi elemen tersebut adalah
;
= 5.5
58
Dimana bahan yang digunakan adalah steel ASTM-A913 Grade 450
Element 2
Pindahkan daya Pmaks pada elemen 1 ke elemen 2 pada point H
Pmaks = 588.6 N
Daya kilas, T = (588.6 x 0.245) = 144.21 Nm
P = P’cos θ = 588.6 cos 17º
Momen, Mz = P’x cos θ
= (562.9) (0.21 sin17º)
= 34.56 Nm
59
θ = 17°
y
x
z
H
Pemalar kilasan,
= 1.473 x 10-7 m4
Tegasan ricih,
Maka faktor keselamatan pada elemen 2 adalah;
60
61
Recommended