Menguraikan Kurva Stres-Regangan:Wawasan Penting untuk Rekayasa Material
Tanpa mengetahui bagaimana suatu material bereaksi terhadap tegangan, atau berapa banyak yang diperlukan, produk dan struktur rekayasa Anda dapat gagal dan membuat Anda pusing. Cara terbaik untuk menghindari hal ini adalah melalui grafik kurva tegangan-regangan yang memberikan penjelasan visual tentang kualitas material dan bagaimana material tersebut merespons berbagai pemicu stres. Kami akan menjelaskan secara pasti cara kerja grafik dan cara membacanya di artikel ini.
Apa itu Stres?
Ada banyak jenis tegangan, tetapi jika menyangkut jenis tegangan yang sedang dicari para insinyur, definisi paling sederhana adalah jumlah gaya yang diterapkan pada luas penampang. Mengetahui hal ini memberi Anda pemahaman tentang seberapa kuat suatu bahan dapat bertahan sebelum patah atau pecah. Rumus untuk mengetahuinya dapat dilihat dibawah ini:
- 𝜎 =stres
- F =gaya yang diterapkan
- A =luas penampang
Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat artikel kami tentang Stres.
Apa itu Regangan?
Meskipun tegangan dan regangan sering dibicarakan secara bersamaan, regangan adalah deformasi yang dialami suatu material dibandingkan dengan dimensi aslinya. Ini adalah titik referensi lain yang dapat diperhitungkan dan penting untuk membantu para insinyur mengetahui suatu material dengan lebih baik, dan mendapatkan gambaran terbaik tentang kapan suatu struktur atau benda yang terbuat dari material tertentu akan rusak. Regangan adalah contoh nilai tanpa satuan (karena kedua angka dalam rumus tersebut adalah panjang), dan rumusnya terlihat seperti ini:
- ε =regangan
- Lf =panjang akhir setelah terjadinya deformasi
- L0 =panjang asli atau awal
Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat panduan lengkap kami tentang Strain.
Apa yang dimaksud dengan Kurva Stres-Regangan?
Sekarang kita akan melihat pengukuran kurva tegangan-regangan dan jenis informasi apa yang dapat diambil dari kurva tersebut. Di bidang manufaktur saat ini, ada banyak mesin yang melakukan semua pengukuran untuk Anda. Kurva ini biasanya dibuat oleh mesin uji tarik modern, dan grafik tersebut distandarisasi melalui ASTM International dalam beberapa kategori—E8 untuk logam dan D638 untuk plastik. Anda dapat mengharapkan pengujian dan pengukuran untuk membuat kurva ini menjadi seperti ini:
- Anda atau operator akan mencari atau membuat materi uji dengan dimensi yang tepat.
- Kemudian Anda akan menjepitkan atau menempelkan bahan uji ke rahang mesin pengujian.
- Mesin kemudian akan memberikan beban tarik pada material dan menambah beban tersebut hingga material tersebut putus.
- Setelah ini terjadi, mesin akan mencatat nilai tegangan dan regangan berdasarkan pembacaan tersebut.
Mengapa Kurva Stres-Regangan Penting?
Kurva tegangan-regangan penting karena memungkinkan para insinyur dengan cepat menentukan beberapa sifat mekanik paling penting dan mendasar dari material apa pun. Uji tarik tunggal dapat menghasilkan grafik tegangan-regangan, yang kemudian memungkinkan diperoleh sifat-sifat material berikut:
- Modulus Young
- Kekuatan hasil
- Kekuatan tarik tertinggi
- Daktilitas
- Rasio Poisson
Bagaimana Kurva Stres-Regangan Dihasilkan?
Kurva tegangan-regangan dihasilkan secara otomatis oleh mesin uji tarik modern. Mesin ini terus memantau dan mencatat gaya yang diterapkan pada benda uji dan jumlah deformasi yang dialami akibat beban tersebut. Metode pengujian yang paling umum digunakan untuk pengujian tarik dan pembuatan kurva tegangan-regangan standar adalah metode yang dikeluarkan oleh ASTM International. ASTM E8 menstandarkan uji tarik untuk bahan logam sedangkan ASTM D638 menstandarkan uji tarik untuk bahan plastik. Langkah-langkah membuat kurva tegangan-regangan dijelaskan pada daftar di bawah ini:
- Siapkan benda uji sesuai dimensi yang diperlukan.
- Pasang benda uji pada rahang mesin uji tarik.
- Terapkan beban tarik yang terus meningkat pada spesimen hingga patah.
- Mesin uji tarik akan mencatat tegangan dan regangan yang dialami benda uji berdasarkan pembacaan gaya yang diterapkan oleh sel beban dan perpindahan rahang yang menahan benda uji.
Apa Saja Cara Mengukur Stres dan Ketegangan?
Ada dua jenis yang akan Anda temukan pada kurva tegangan-regangan, tegangan dan regangan rekayasa, serta tegangan dan regangan sebenarnya.
1. Stres dan Regangan Rekayasa
Tipe pertama (rekayasa) disebut juga tegangan dan regangan nominal dan dihitung tanpa mempertimbangkan detail deformasi plastis yang sangat kecil. Ini adalah cara mudah untuk mendapatkan nilai melalui uji tarik standar dan memahami kinerja suatu material. Rumus tegangan teknik terlihat seperti ini:
2. Stres dan Ketegangan Sejati
Ini adalah nilai tegangan dan regangan aktual yang Anda peroleh jika memperhitungkan deformasi plastis. Melakukan perhitungan untuk jenis tegangan dan regangan khusus ini sangat bagus untuk mempelajari sifat mekanik suatu material, dan untuk menemukannya Anda perlu menggunakan data eksperimen mengenai panjang pengukur sesaat, luas penampang, dan beban yang diterapkan. Rumus untuk menemukan stres yang sebenarnya terlihat seperti ini:
Apa Tahapan Kurva Stres-Regangan?
Diagram tegangan-regangan memiliki tiga tahap. Pada tahap pertama, material hanya mengalami deformasi elastis. Ketika tegangan yang diberikan dilepaskan, material kembali ke dimensi aslinya.
Deformasi plastis seragam terjadi pada tahap kedua. Tahap ini dimulai pada titik leleh dan berlanjut selama material dapat terus menguat melalui pengerasan regangan (proses yang sama yang terjadi pada pembentukan dingin) dengan setiap penambahan beban yang diberikan. Pada akhirnya, kapasitas material untuk melakukan deformasi plastis yang stabil akan habis. Jumlah regangan plastik yang dapat ditoleransi selama fase ini menunjukkan banyak hal tentang kerapuhan atau keuletan relatif material.
Tahap akhir dari uji tarik disebut sebagai “necking”. Tahap ini terjadi setelah tegangan tarik akhir material tercapai, dan pengerasan regangan lebih lanjut tidak mungkin dilakukan. Alih-alih deformasi yang stabil dan berkelanjutan, suatu wilayah deformasi lokal terbentuk di suatu tempat pada penampang benda uji. Tegangan tarik yang berlebihan akan mengurangi dimensi material yang tegak lurus terhadap gaya yang diterapkan sehingga menyebabkan pengurangan luas secara signifikan. Hal ini membuat bahan tersebut berbentuk “leher”. Ketika necking dimulai, tegangan teknik material berkurang sementara tegangan sebenarnya terus meningkat. Material patah segera setelah necking dimulai.
Bagaimana Cara Membaca Grafik Stres-Regangan?
Berikut panduan singkat untuk membaca salah satu grafik berikut:
- Pilih nilai tegangan pada sumbu Y.
- Gambarlah garis mendatar dari sumbu Y hingga berpotongan dengan garis kurva tegangan-regangan. Beri tanda titik pada titik tersebut.
- Gambarlah garis vertikal dari titik potong ke sumbu X. Jika digabungkan, garis-garis ini harus membentuk sudut 90 derajat.
- Nilai tegangan yang Anda pilih pada langkah pertama menunjukkan tegangan yang berhubungan dengan deformasi (atau regangan) yang terjadi pada material pada titik tersebut.
Apa saja Daerah yang Berbeda pada Grafik Kurva Stres-Regangan?
Setelah Anda memiliki grafik yang menunjukkan kurva tegangan-regangan, ada baiknya Anda memahami wilayah, tahapan, dan informasi yang dapat Anda uraikan dari grafik tersebut. Tiga tahapan tersebut adalah deformasi elastis, deformasi seragam, dan necking. Deformasi elastis terjadi ketika suatu material mengalami tegangan tetapi masih dapat kembali ke dimensi aslinya. Deformasi seragam terjadi selama suatu material dapat menahan penguatan melalui pengerasan regangan—yang menunjukkan kerapuhan atau keuletannya. Necking adalah ketika kekuatan tarik utama telah tercapai dan pengerasan regangan tidak dapat dilakukan lagi. Deformasi lokal akan muncul di suatu tempat pada penampang material, dimensinya mengecil seiring dengan meningkatnya tegangan, dan kemudian melewati point of no return (titik tidak bisa kembali) dan berubah bentuk atau pecah secara permanen.
Sekarang setelah Anda mengetahui tahapannya, Anda dapat memahami wilayahnya dan memilih lima poin terpenting pada grafik, yang telah kami jelaskan secara singkat di bawah:
1. Batas Proporsional
Titik akhir dari bagian linier pada kurva tegangan-regangan tempat modulus Young dapat ditarik dengan menghitung kemiringannya.
Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat artikel kami tentang batas proporsional.
2. Batas Elastis
Titik akhir deformasi elastis, yang kemudian diambil alih oleh deformasi plastis (sulit membedakannya dari batas elastis saat mengukur logam).
Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat artikel kami tentang batas elastis.
3. Poin Hasil
Sama dengan batas elastis, namun dapat dihitung, sehingga lebih dapat diandalkan oleh para insinyur. Untuk mengatasinya, offset bagian linier kurva sebesar +0,2% sepanjang sumbu horizontal. Kemudian, Anda menemukan titik perpotongan antara garis offset dan kurva tegangan-regangan asli, dan Anda mendapatkan kekuatan luluh.
Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat panduan lengkap kami tentang titik hasil.
4. Titik Stres Tertinggi
Jumlah tegangan tertinggi pada kurva tegangan-regangan, setelah itu necking dimulai. Penting juga untuk dicatat bahwa meskipun ini adalah titik tertinggi pada grafik, titik tertinggi sebenarnya terjadi tepat ketika material tersebut pecah.
5. Fraktur atau Breaking Point
Seperti namanya, ini adalah titik pada kurva di mana material Anda telah mengalami deformasi sedemikian rupa hingga akhirnya patah atau retak.
Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat panduan lengkap kami tentang titik patah atau patah.
Bagaimana Kurva Stres-Regangan Dibuat?
Kurva tegangan-regangan dibuat dengan melakukan uji tarik menggunakan mesin uji universal. Mesin pengujian akan secara otomatis menangkap data untuk menghasilkan kurva tegangan-regangan seiring dengan bertambahnya beban dan deformasi spesimen.
Bagaimana Kurva Stres-Regangan Digunakan?
Grafik tegangan-regangan digunakan untuk menentukan berbagai sifat mekanik suatu material, termasuk modulus elastisitas, rasio Poisson, tegangan luluh, dan kekuatan tarik ultimit. Properti ini membantu teknisi memilih material untuk aplikasi yang mengutamakan kemampuan menahan beban.
Berapakah Kurva Tegangan-Regangan Bahan Ulet?
Kurva tegangan-regangan rekayasa suatu bahan ulet dicirikan oleh garis lurus yang semakin bertambah hingga titik luluh tercapai. Setelah titik leleh, fungsi tegangan dan regangan meningkat secara non-linier dan mencapai puncaknya ketika kekuatan tarik ultimat tercapai. Setelah itu, tegangan teknik menurun secara non-linier seiring dengan meningkatnya regangan. Pada akhirnya, ketika regangan material menjadi begitu besar, material tersebut akan patah.
Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat panduan lengkap kami tentang keuletan.
Apa Kurva Tegangan-Regangan Bahan Rapuh?
Kurva tegangan-regangan suatu bahan getas adalah garis miring curam yang menunjukkan tegangan meningkat dengan cepat dengan sedikit regangan. Berbeda dengan bahan ulet, kurva tegangan-regangan untuk bahan rapuh menunjukkan sedikit deformasi plastis setelah tegangan luluh (titik luluh) tercapai. Material akan patah segera setelah tegangan luluh.
Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat panduan lengkap kami tentang kerapuhan.
Apa Perbedaan Antara Regangan-Tekanan Rekayasa dan Regangan-Tekanan Sejati?
Perbedaan antara tegangan-regangan teknik dan tegangan-regangan sebenarnya tercantum di bawah:
- Rekayasa tegangan-regangan tidak memperhitungkan deformasi material, sedangkan tegangan-regangan sebenarnya memperhitungkannya.
- Regangan teknik adalah rasio perubahan panjang terhadap panjang aslinya, sedangkan regangan sebenarnya adalah logaritma natural dari panjang sesaat terhadap panjang aslinya.
- Rekayasa tegangan-regangan ideal untuk menentukan kinerja material, sedangkan tegangan-regangan sebenarnya ideal untuk menentukan sifat material.
Apa Perbedaan Antara Stres dan Ketegangan?
Perbedaan antara stres dan regangan tercantum di bawah ini:
- Tekanan adalah gaya per satuan luas, sedangkan regangan adalah variasi panjang suatu dimensi terhadap panjang awal dimensi tersebut.
- Stres memiliki satuan Pa atau psi sedangkan regangan tidak memiliki satuan.
- Simbol tegangan adalah 𝛔 sedangkan simbol regangan adalah 𝞊.
- Stres diperlukan untuk menyebabkan ketegangan.
- Tekanan tidak dapat diukur secara langsung dan dihitung melalui hubungan matematis, sedangkan regangan dapat diukur secara langsung.
Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat panduan lengkap kami tentang stres vs. ketegangan.
Bagaimana Xometri Dapat Membantu
Kami di Xometry bekerja dengan berbagai bahan yang penting bagi para insinyur dan produsen dan dapat menawarkan penawaran harga gratis untuk segala hal mulai dari pemesinan CNC, pencetakan 3D, hingga pemotongan laser lembaran.
Penafian
Konten yang muncul di halaman web ini hanya untuk tujuan informasi. Xometry tidak membuat pernyataan atau jaminan apa pun, baik tersurat maupun tersirat, mengenai keakuratan, kelengkapan, atau validitas informasi. Parameter kinerja apa pun, toleransi geometrik, fitur desain spesifik, kualitas dan jenis bahan, atau proses tidak boleh dianggap mewakili apa yang akan dikirimkan oleh pemasok atau produsen pihak ketiga melalui jaringan Xometry. Pembeli yang mencari penawaran suku cadang bertanggung jawab untuk menentukan persyaratan khusus untuk suku cadang tersebut. Silakan lihat syarat dan ketentuan kami untuk informasi lebih lanjut.
Kat de Naoum
Kat de Naoum adalah seorang penulis, penulis, editor, dan spesialis konten dari Inggris dengan pengalaman menulis lebih dari 20 tahun. Kat memiliki pengalaman menulis untuk berbagai organisasi manufaktur dan teknis serta menyukai dunia teknik. Selain menulis, Kat juga menjadi paralegal selama hampir 10 tahun, tujuh di antaranya bekerja di bidang keuangan kapal. Dia telah menulis untuk banyak publikasi, baik cetak maupun online. Kat memiliki gelar BA dalam bidang sastra dan filsafat Inggris, dan MA dalam penulisan kreatif dari Kingston University.
Baca artikel lainnya oleh Kat de Naoum
