Daerah Elastis dan Plastis

Sebuah benda disebut linear apabila benda tersebut masih mematuhi hukum Hooke (kondisi linear). Maksud mematuhi hukum Hooke ialah nilai tegangan sebuah benda akan proporsional dengan nilai reganganya. apabila nilai tersebut sudah tidak proporsional lagi karena mendapat tegangan yang tinggi maka benda tersebut boleh dikatakan  tidak linear atau sudah memasuki daerah plastik. untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Diagram daerah elastis dan plastis sebuah material

Pada kondisi linear sebuah benda apabila diberikan gaya akan terjadi deformasi setelah gaya dilepaskan maka benda akan kembali kebentuk semula. sedangkan pada kondisi plastik deformasi yang terjadi tidak akan kembali kepada bentuk semula.

Tegangan Regangan dan Modulus Young

Istilah kata stress dan strain merupakan kata-kata yang sering kita lihat dan baca. Kedua kata ini berkaitan erat dengan modulus Young atau modulus elastisitas. Young sendiri diambil dari nama ilmuan British Thomas Young (1773 - 1829). Modulus elastisitas merupakan rasio antara stress dan strain. Pada nilai tegangan yang rendah kebanyakan metal mempunyai nilai regangan yang proporsional. Pada keadaan ini sering disebut dengan kondisi linear atau elastic. Hubungan antara tegangan dan regangan pada kondisi ini diterangkan dengan hokum Hooke.

 E = Tegangan / Regangan = σ/Є

	Rumus	Simbol	Satuan
Stress (tegangan)	tension/cross sectional area = F / A	(sigma) σ	N m-2 = Pa
Strain (regangan)	extension per original length =∆L/L	(epsilon) Є	no units (because it’s a ratio of two lengths)
Young Modulus	stress/strain	E	N m-2 = Pa

Regangan dapat dinyatakan dengan %, atau desimal. Cth:  5% regangan = 0.05.

Dimana σ = tegangan, Є  adalah regangan dan E adalah modulus Young dengan satuan GPa atau psi.  hubungan antara stress (tegangan) dan strain (regangan) dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Diagram stress dan strain

Deformasi material pada kondisi ini dinamakan deformasi elastis. Pada keadaan ini material yang menerima gaya akan berubah bentuk apabila gaya dilepaskan maka material akan kembali kebentuk semula. Kemiringan garis pada gambar diatas mempresentasikan sifat Stiffness (kekakuan) dari material tersebut. Semakin besar nilai E maka semakin besar pula nilai kekakuan material tersebut.selain itu Diagram Stress and strain dapat juga menunjukkan sifat dari sebuah material apakah material itu getas (brittle), ulet (ductile) ataukah sebuah material yang bersifat plastik.

 Diagram Stress & Strain yang menunjukkan sifat dari sebuah material

Kekerasan Material

Apa itu Nilai Kekerasan ??
Kekerasan adalah sifat yang dimiliki bahan  untuk menahan deformasi plastik, biasanya dengan penetrasi. Namun, kekerasan jangka panjang juga dapat merujuk kepada ketahanan terhadap lentur,  abrasi atau pemotongan. Kekerasan bukanlah sifat intrinsik, kekerasan adalah hasil dari suatu prosedur pengukuran yang ditetapkan.

Metode yang biasa digunakan untuk mencapai nilai kekerasan adalah untuk mengukur kedalaman atau daerah lekukan ditinggalkan oleh indentor , dengan kekuatan tertentu diterapkan untuk waktu tertentu. Ada tiga metode uji standar utama untuk mengekspresikan hubungan antara kekerasan dan ukuran metode itu adalah Brinell, Vickers, dan Rockwell. Untuk alasan praktis dan kalibrasi, masing-masing metode ini dibagi menjadi berbagai skala, ditentukan oleh kombinasi beban yang diterapkan dan geometri indentor.

Material Getas Kriteria Coulomb-Mohr (5)

 

Material Getas Kriteria Tegangan Normal Maximum (4)

Material Ductile Kriteria von Mises (3)

Kriteria von Mises (1913), juga dikenal sebagai kriteria energi distorsi maksimum, teori tegangan geser oktahedral, atau Maxwell-Huber-Hencky-teori von Mises, sering digunakan untuk memperkirakan yield pada bahan ulet

Von Mises kriteria menyatakan bahwa kegagalan terjadi ketika energi distorsi mencapai energi yang sama untuk yield/ kegagalan dalam ketegangan uniaksial. Secara matematis, hal ini dinyatakan sebagai,

 

Dalam kasus plane stress, sIGMA 3 = 0. Kriteria von Mises menjadi,

Persamaan ini merupakan persamaan principal stress yang berbentuk ellips seperti ditunjukkan pada gambar.

Pada gambar di tunjukkan criteria tegangan geser maksimum (garis putus-putus). Teori ini lebih konservatif dari criteria von mises (garis ellips merupakan garis von mises.

Kriteria Von mises memberikan estimasi yang masuk akal pada kegagalan kelelahan, khususnya pada kasus pembanan tarik dan geser yang berulang-ulang

Material Ductile Kriteria tegangan maksimum geser (2)

DUCTILE  MATERIAL

Kriteria tegangan maksimum geser

Kriteria tegangan maksimum geser ( maximum shear stress criterion), juga dikenal sebagai Tresca atau kriteria Guest's, sering digunakan untuk memprediksi yielding  bahan ulet (ductile material). Yield pada material ulet disebabkan oleh slip pada  bidang Kristal sepanjang permukaan tegangan geser maksimum. Meskipun begitu sebuah titik pada benda tersebut dianggap aman sepanjang tegangan geser maksimum dibawah Tegangan geser yield sy  yang diperoleh dari pengujian tarik uniaxial Berdasarkan tinjaun tegangan 2D, tegangan geser maksimum adalah berkaitan dengan perbedaan principal stresses (lihat Mohr's Circle).   Pada grafik digambarkan,  kriteria tegangan geser maksimum mensyaratkan bahwa dua tegangan utama (principal stresses) berada dalam zona hijau yang ditunjukkan di bawah,

Kriteria Kegagalan (1)

Stress-Based Criteria

Tujuan kriteria kegagalan (failure criteria ) untuk memprediksi atau memperkirakan kegagalan / hasil bagian-bagian mesin dan anggota struktural.

Sejumlah besar teori telah diajukan. Namun, hanya teori yang paling umum dan diuji dengan baik yang berlaku untuk bahan isotropik dibahas di sini. Teori ini, tergantung pada sifat dari bahan tersebut (brittle atau ductile), tercantum dalam tabel berikut,

Material Type	Failure Theories
Ductile	Maximum shear stress criterion, von Mises criterion
Brittle	Maximum normal stress criterion, Mohr's theory

Semua empat kriteria disajikan dalam principal stresses. Oleh karena itu, semua tegangan harus diubah kedalam Principal Stresses sebelum diterapkan dalam  kriteria kegagalan (failure criteria)