1 Laporan PraktikumMODUL C UJI PUNTIR Oleh : Nama: SOMAWARDI NIM: 23107012 Kelompok : 13 Tanggal Praktikum: November 2007 Nama Asisten (Nim): Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Bandung 2007 2 BAB I Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Tegangangeserterjadipadabidangmaterial,berbedadengantegangannormalyangtegak lurus denganbidang. Kondisi tegangan geser dapat terjadi dengan melakukan geseran secara langsung(DirectShear)danteganganpuntir(torsionalStress).Fenomenageseransecara langsungdapatdilihatpadasaatkitamenancapkanpakukebalokkayu.Padasetiap permukaandipakudankayuyangbersinggunganlangsungdenganpakuakanmengalami geseran secara langsung. Sedangkan fenomena tegangan puntiran, dapat terjadi apabila suatu specimen mengalami torsi. 1.2 Tujuan Praktikum a.Mengetahui standard dan prosedur Uji punter b.Mengetahui pengaruh tegangan geser terhadap sifat mekanik material c.Mampu menghitung besaran- besaran sifat mekanik material dari uji punter d.Memahami mekanisme terbentuknya patahan material oleh tegangan geser. 3 BAB II Teori Dasar Besaranyangterukurdariujipuntiradalahmomenputardansudutputarspecimen. Untuk mengukur sudut putar digunakan alat yang disebut dengan troptometer Momen putar didapatkan dari persamaan : } }===== =a rra rrdA rrrdA M020tt t Sedangkan sudut putar (u ) didapatkan dari tan| dimana Lru| = tan t M = Momen Torsi ( Nm) t = Tegangan Geser (Pa) r = jarak radial dihitung dari pusat (m) L= Panjang Spesimen (m) a = Jari jari (m) setelah mendapatkan hasil kurva yang berupa Momen Putar (M) dengan sudut putar (u ) seperti gambar dibawah, dapat dihitung regangan geser dan modulus elastisitas gesernya. 4 Regangan geser adalah Lru| = = tanModulus Elastisitas Geser (G) didapat dari t G =Ketikaregangangesersudahsemakinbesar,sehinggahubunganantarategangandan regangan elastis sudah tidak linier lagi, maka persamaan diatas sudah tidak berlaku lagi. Ketikakondisireganganbegitubesar,dibuatkurvaantaramomendengansudutputar perpanjangspecimen.Darikurvainiakandidapatkankondisiregangandantegangan geser yang sebenarnya. Regangangesersebenarnyadidapatkandari 'u r = dengan Luu = ' sedangkanuntuk menghitungtegangangesersebenarnyadidapatdengancaramenurunkanpersamaan momen torsinya. } }===== =a rra rrdr r rdA M020. 2 t t t tKarenasekarangtegangangesermerupakanfungsidariregangangesernya,) ( t f =sedangkanregangangesermerupakanfungsidarisudutputarperpanjangspecimen. Maka didapatkan persamaan sebagai berikut: Offset Angle of Twist 5 aaddMM t u tutu u t2 3 3 2) ' ( 2') ' ( ) ' ( 3 = +Kemudian didapatkan pula Dari persamaan ini dapat dihitung tegangan gesernya dari kurva. Dari persamaan 7 kita dapat ubah persamaan itu dengan melihat dari gambar 3.5 menjadi: ) 3 (213CD BCaa+ =tt Setelahdidapatkantegangangeserdanregangangesernyamakadiubahkedalamtegangandan regangansebenarnyadenganmenggunakanlingkaranMohrdanmemasukkankedalamcriteria dari tresca dan Von Mises. Untuk mengubah dari tegangan dan regangan geser ke tegangan dan regangan sebenarnya, harus diperhatikan kondisi tegangan uji puntir. u B C A t MMmax Offset Angle of Twist D tututt MddMaa3 )'' (213+ = 6 PROSEDUR PERCOBAAN Ukur dimensi dari spesimen Pilih beban momen puntir skala penuh pada mesin uji puntir Tentukan kecepatan Puntiran dan kecepatan kertas Letakkan specimen pada mesin uji punter, dan pastikan specimen terpasang dengan kuat Beri tanda pada specimen dengan tinta atau tip-ex Jalankan Mesin Uji Puntir Perhatikan perubahan yang terjadi pada pena dan kertas perekam data Saat specimen patah, lepaskan specimen dari mesin uji puntir Ukur diameter di tempat patahan dan daerah deformasi plastis 7 BAB III Data dan Hasil Percobaanmaterial: st-37Kekerasan awal: 37.5 HRA Kekerasan akhir: 46 HRA panjang spesimen: 66 mm diameter spesimen: 6.85 mm kecepatan putar mesin: 16 rpm jumlah putaran spesimen: 5.6 diameter spesimen di tempat yang patah: 5.3mm mesin uji yang digunakan: Tarno Grocki Kurva dari mesin uji puntir: 39.917968750510152025303540450 1 2 3 4 5 6 7 8Momen Puntir (Nm) Putaran (n) Kurva Uji Puntir 8 PENGOLAHAN DATADengan persamaan 2 n u t = , maka diperoleh kurva uvs MT sebagai berikut: Untukmenentukanbatasluluhgesermaterialujikitadapatmelihatkelinearan kurva.Selainitukitadapatmenentukanbatasluluhgesernyadengancaraoffsetyaitu 0,04rad/mdarigagelength.Denganpersamaan'Luu = ,dimanaLadalahpanjang gage length. Maka didapat kurva' uvs MT sebagai berikut: -50510152025303540450.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00Momen Puntir (Nm) u u vs MT -50510152025303540450 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008MT u' u' vs MT 9 Untukmemperolehkurvateganganregangangeser,dilakukanperhitungan dengan :

Dariperhitungandenganformuladiatas,didapatkankurvateganganregangan geser sebagai berikut: Dengan persamaan: 2ot = dan2 c = , diperoleh kurva Tresca yaitu: -10001002003004005006007000 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003shear stress (N/mm2) (rad) vs shear stress (N/mm2) 933.7850731 -20002004006008001000120014000 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014o c Tresca curve (c vs o) 10 Dengan persamaan: 3ot = dan3 c = , diperoleh kurva von Misces yaitu: Apabila disatukan, menjadi: -500501001502002503003504004500 0.0005 0.001 0.0015o c von miscesh -20002004006008001000120014000 0.0005 0.001 0.0015o c Tresca + Von Miscesh Von MisceshTresca 11 Menentukan koefisien kekuatan (K) dan koefisien strain hardening (n): oPada kurva Tresca: Diketahui persamaan tegangan alir: tonKe = e n Ktln ln ln + = o dengan cara regresi lineardidapat persamaan garis: y = 0.224x + 8.721jadi: koefisien strain hardening (n) = 0,224 koefisien kekuatan (K) ln K = 8.721 K = 6130 MPa y = 0.2244x + 8.7211 6.66.877.27.47.67.88-8.5 -8 -7.5 -7 -6.5 -6lno ln c tresca 12 oPada kurva von Misces: Dengan cara sama didapat: koefisien strain hardening (n) = 0.224 koefisien kekuatan (K) ln K = 7.446 K = 1713 MPa y = 0.2244x + 7.4464 55.25.45.65.866.26.4-8.5 -8 -7.5 -7 -6.5 -6lno ln c von miscesh 13 BAB IV Analisis Data Ujipuntirdilakukanuntukmenentukanteganganalir(flowstress)darimaterial, menentukan batas luluh geser, dan menentukan modulus elastisitas geser dari material. Flow stressadalahketahananmaterialterhadapperubahanbentuk.Jadipadakurva,flowstress dimulai dari batas luluhnya hingga titik fracture-nya. Padaujipuntirinidigunakanpenampangberbentuklingkarankarenamerupakan geometripalingsederhanauntukperhitungantegangan.Ketikamaterialdiberibebanpuntir didapatdiameterdanpanjangspesimenyangberubah.Seharusnyapengujianyangkita lakukantidakmerubahdimensigeometrisdarispesimenkarenabebanyangkitaberikan hanyabebanpuntirdantidakadabebantarikataupuntekan.Perubahandimensiinidapat diakibatkankarenamesinujipuntirdanspesimentidaktepatsesumbu.Haliniterlihatdari spesimenhasilujiyangbengkoksehinggaadakemungkinanterjadibebanbendingataupun bebanlainnyapadaspesimentersebut.Walaupundemikianuntukmendapatkanflowstress yang lebih baik kita menggunakan uji puntir ini karena pada uji puntir tidak terjadi necking (pengecilan penampang setempat) dan barreling (pembesaran penampang setempat). Dari kuva MT n yang kita dapatkan melalui percobaan, dapat diolah menjadi kurva MT-' .Laludengancaramembuatgradienregangandangradientegangangesernyakita dapatkankurvateganganregangangeser.Penentuangradienpadabeberapatitikiniperlu dilakukanuntukdidapatkanhasilyangmerepresentasikanteganganregangangesernya. Setelahitu,kitadapatmembuatkurvateganganregangansebenarnyadenganmetode TrescadanmetodevonMisces.Sesungguhyakonversi-konversigrafikyangkitalakukan adalah untuk meminimalisir kesalahn akibat geometri specimen.Tujuan dari pembuatan kurva tegangan regangan sebenarnya dengan metode Tresca dan von Misces sesungguhnya sama yaitu untuk menunjukkan kapan tepatnya suatu material terdeformasi plastis. Hanya saja peninjauannya yang berbeda. Menurut Tresca, suatu material tepatterdeformasiplastisketikategangangesernyasamadengantegangangeser maksimumnya.SedangkanmenurutvonMisces,suatumaterialtepatterdeformasiplastis ketikaenergimaksimumyangbekerjapadabendasamadenganenergidistorsi 14 maksimumnya.Daripengertiandankurvayangdiperolehkitaketahuibahwakurvayang akanmenggambarkanlebihdahulusuatumaterialterdeformasiplastisadalahkurvavon Misces. Hal ini disebabkan karenavon Misces meninjau dari tiga energi yang bekerja pada benda tersebut sedangkan Tresca hanya meninjau dari tegangan pada bendanya. Setelah kita mendapatkan kurva alir (flow curve) melalui metode Tresca dan Von Misces kita dapat menentukan koefisien tegangan dan koefisien strain hardening material uji dengan membuatnyakedalampersamaanlogaritmanatural.Dariperhitunganyangtelahdilakukan, diperolehnilaikoefisientegangandankoefisienstrainhardeningyangsedikitberbeda dengandataliteratur.Halinibisadisebabkankarenaadanyaperubahanukurangeometri (panjangdandiameter)akibatgayayangbekerjatidakmurnigayapuntirsaja.Selainitu sulitnyamembuatgradientegangandanregangangesernyamembuatkurvayangdidapat kurang tepat. 15 BAB V Kesimpulan 1.Dari uji puntir ini, kita memperoleh : a. Batas luluh geser dari material= 466.89 MPa b. Koefisien kekuatan (K)= 6130 MPa (Tresca) 1713 MPa (Von Misces) c. Koefisien strain hardening (n)= 0.2242.Hasilpercobaanjikadibandingkandengandataliteraturesesuaibahanujimenunjukkan nilai yang relative sama. BAB VI Daftar Pustaka 1.Callister, William Materials and Science Engineering, McGraw-Hill Book Co. 2.Dieter, G.E Mechanical Metallurgy, McGraw-Hill Book Co.USA, 1978.