Perancangan Mekanika Perpatahan Elastis Lurus (Linear Elastic Fracture Mechanics, LEFM)

1
Perancangan Mekanika Perpatahan Elastis Lurus
(Linear Elastic Fracture Mechanics, LEFM)
Bab 5 Ellyawan Arbintarso
2
Bentuk-Bentuk Perpatahan

• Tiga bentuk mode pembebanan untuk meretakkan
  komponen (a) Mode I, mode terbuka (b) Mode II,
  mode luncuran (c) Mode III, mode sobekan.
• a b
  c

3

• Untuk beberapa permasalahan rancangan praktis
  (mode I murni).
• Pertama-tama kita harus menguji bagaimana
  mekanika perpatahan elastis lurus (LEFM) secara
  efektif digunakan dalam contoh perancangan,
  kemudian kita akan memberikan penyelesaian
  analitik untuk beberapa kasus sederhana secara
  umum menggunakan tes geometri, diikuti dengan
  suatu pengolahan ketangguhan patah dari bahan
  teknik yang secara umum digunakan

4
Filosofi Rancangan Berdasarkan pada Mekanika
Perpatahan Elastis Lurus

• Salah satu prinsip pokok dari mekanika perpatahan
  adalah dimana perpatahan tidak stabil terjadi
  ketika Faktor Intensitas Tegangan (FIT) mencapai
  suatu nilai kristis KIc, disebut juga ketangguhan
  patah (fracture toughness).

5
Mekanika Perpatahan Elastis Lurus

• KIc menampilkan kemampuan yang melekat dari suatu
  bahan untuk menghadapi suatu intensitas medan
  stress yang diberikan pada ujung retakan dan
  untuk bertahan dari pertambahan perpanjangan
  retak tarik.
• Sehingga suatu retak akan menjalar (dibawah mode
  I murni), kapanpun faktor intensitas tegangan KI
  (dimana karakteristik kekuatan khusus dari
  permasalahan yang diberikan) mencapai suatu
  konstanta bahan KIc

6
Mekanika Perpatahan Elastis Lurus

• Dengan asumsi mekanika perpatahan elastis lurus
  (LEFM), pada titik pertumbuhan retak yang mulai
  terjadi
• (ukuran retak a dalam banyak kasus, merujuk pada
  setengah total panjang retak)

7
Mekanika Perpatahan Elastis Lurus

• Sehingga untuk rancangan suatu peretakan, atau
  potensial retak, struktur, seorang insinyur harus
  memutuskan variabel rancangan apa yang dapat
  dipilih, sebagai hanya, dua variabel yang dapat
  ditetapkan, dan yang ketiga harus ditentukan.

8
Mekanika Perpatahan Elastis Lurus

• Variabel rancangan adalah
• Sifat bahan (seperti baja khusus tahan cairan
  korosi) ? Kc ditentukan.
• Tingkat tegangan rancangan (dimana mungkin
  dipengaruhi oleh pertimbangan berat) ? ?
  ditentukan.

9
Faktor Intensitas Tegangan

• Gambar 1 Panel Takikan Sisi Tunggal Tarik
  (Single Edge Notch Tension, SENT)

10
Faktor Intensitas Tegangan

• Panel Takikan Sisi Tunggal Tarik (SENT) untuk L/W
  2, gambar. 1
• Kita meneliti dimana faktor ? untuk retak kecil
  (a/W ltlt 1) adalah lebih besar dari pada 1 dan
  pendekatannya adalah 1,12

11
Faktor Intensitas Tegangan

• Gambar 2 Panel Takikan Sisi Ganda Tarik (Double
  Edge Notch Tension, DENT)

12
Faktor Intensitas Tegangan

• Panel Takikan Sisi Ganda Tarik (DENT), untuk L/W
  2, gambar. 2

13
Faktor Intensitas Tegangan

• Gambar 3. Lengkung Tiga Titik (Three Point Bend,
  TPB)

14
Faktor Intensitas Tegangan

• Lengkung Tiga Titik (TPB), Gambar. 3

15
Faktor Intensitas Tegangan

• Gambar 4. Benda uji Tekan Tarik (Compact Tension
  Specimen, CTS)

16
Faktor Intensitas Tegangan

• Benda uji Tekan Tarik (CTS), gambar 4. mengunakan
  Standar Metode Tes ASTM E-399 (399 n.d) untuk
  Ketangguhan Patah Bidang Regangan dari bahan
  Logam.

17
Faktor Intensitas Tegangan

• Kita catat bahwa hal ini tidak ditemukan
  persamaan yang tepat dalam standar ASTM, tetapi
  merupakan persamaan yang agak sama dalam bentuk
  standar