TEGANGAN
1. Pengertian Tegangan
Apabila sebuah batang dibebani suatu gaya maka akan terjadi gaya reaksi yang
besarnya sama dengan arah yang berlawanan. Gaya tersebut akan diterima
sama rata oleh setiap molekul pada bidang penampnag batang tersebut. Jadi,
misalnya besarnya gaya tersebut adalah sebesar F dan luas penampangnya
adalah A maka setiap satuan luas penampang akan menerima beban sebesar F/A
Tegangan ada bermacam-macam sesuai dengan pembebanan yang diberikan.
Misalnya, pada beban tarik akan terjadi tegangan tarik maka pada beban tekan
akan terjadi tekan dan seterusnya. Terjadinya tegangan akibat deformasi dari
pembebanan
Sebuah batang yang dibebani
suatu gaya maka di dalam
batang itu sendiri akan timbul
gaya reaksi atau gaya lawan
yang dihasilkan oleh gaya di
antara molekul-mlekul itu
sendiri. Reaksi atau gaya lawan
di dalam batang itu disebut
dengan gaya alam. Misalnya, suatu batang di bebani gaya seperti pada gambar berikut ini. Bila dipotong pada
penampang X-X akan diperoleh suatu sistem keseimbangan.
Gaya dalam yang arahnya tegak
lurus penampang normal.
Dinamakan gaya normal (Fn)
Gaya dalam yang arahnya sejajar
dan atau terletak pada penampang
normal. Dinamakan gaya tangensial
(Fq)
Telah disinggung di atas bahwa
gaya dalam-gaya dalam akan
diterima sama rata oleh setiap
molekul pada seluruh bidang
penampang batang. Gaya
dalam yang bekerja pada
setiap satuan luas penampang
itu dinamakan tegangan.
Tegangan= Gaya Dalam / Luas penampang
2. Satuan Tegangan
Bila gaya dalam diukur dalam kgf atau N, sedangkan luas penampang
dalam m2 maka:
Tegangan disingkat dengan simbol huruf V (baca: sigma) atau W (baca: thau)
Tegangan ada dua macam, yaitu tegangan normal disingkat V dan tegangan
tangensial disingkat W .
Tegangan normal bila luas penampang = A m2 dan
besarnya gaya Fn = kgf
Macam-macam tegangan dasar
a. Tegangan tarik. Misalnya, terjadi pada tali, rantai, dan sudu-sudu turbin.
�௧ = ி
= ி
b. Tegangan tekan.
Misalnya, terjadi pada porok sepeda, batang torak dan
tiang bangunan yang belum mengalami tekukan.
� = �
� = �
�
c. Tegangan geser. Misalnya, pada paku keling, gunting, dan baut.
�ௌ = �
� = �
�
d. Tegangan lengkung. Misalnya, pada poros-poros mesin dan poros roda yang
dalam keadaan ditumpu. Jadi, merupakan tegangan tangensial.
� = � + �
� = ெ್
ௐ್
Mb = momen lengkung
Wb = momen tahanan lengkung
e. Tegangan puntir. Misalnya, pada poros roda gigi dan batang-batang torsi pada
mobil. Jadi, merupakan tegangan tangensial.
�௧ = ெ
ௐ
Mt = momen puntir (torsi)
WP = momen tahanan polar (pada puntir)
Tegangan tarik.
Apabila pada suatu batang bekerja gaya-gaya yang
sejajar dengan sumbu batang ke arah luar dan tegak
lurus penampang normal maka dikatakan bahwa
batang tersebut mengalami pembebanan tairk.
Keadaan pada beban tarik terjadi, misalnya pada
rantai, sabuk mesin dan tali pada pesawat angkat
. Pada penampang X-X:
Fn = F
Apabila tegangan tarik yang diizinkan = �ത௧ maka tegangan tarik harus lebih kecil
daripada tegangan tarik yang diizinkan. Dengan demikian dapat ditentukan
ukuran-ukuran untuk perencanaanya.
�������� = �
�ഥ�
(���� � ����� ����������)
��������� = �. �ഥ� (���� ����� ��������� �������� �)
Apabila luas penampang tidak sama besarnya di sepanjang batang maka diambil
luas penampang yang terkecil karena pada penampang terkecil itu yang paling
berbahaya.
Pada batang yang tergantung bebas selain menerima pembebanan tarik F
sebenarnya juga harus menerima beban oleh beratnya sendiri G sehingga beban
total menjadi F + G maka tegangan maksimum : ����� = �+�
� ≤ �� തതത
Pada ranitai yang harus
menerima beban tarik adalah
dua bagian penampang kiri
dan kanan.
� = � ቀ�
�
��ቁ � = �
�
���
a. Sifat Elastisitas Bahan
Pada saat batang mengalami beban tarik, batang akan bertambah panjang
keadaan ini dikatakan batang tersebut meregang. Besarnya regangan
dipengaruhi oleh besarnya beban. Apabila batas kekuatan bahan tidak dilampaui
maka jika beban yang diberikan dilepaskan, batang tersebut akan kembali ke
ukuran semula. Akan tetapi, bila bebannya ditambah sedikit saja, batang tersebut
tidak mampu kembali ke ukuran panjang semula meskipun beban sudah
dilepaskan. Jadi. pertambahan panjangnya tetap.
Beban maksimum yang berakibat batang tidak mengalami pertambahan panjang
yang tetap dinamakan batas proporsional. Pada keadaan ini bahan masih dalam
keadaan elastis atau masih memiliki sifat elastisitas bahan.
Regangan adalah perbandingan antara pertambahan panjang setelah patah
dengan panjang semula yang dinyatakan dalam perseratau tidak dengan persen.
Regangan ini menunjukkan apakah bahan itu cukup elastis artinya bila
regangannya besar bahan tersebut mampu menahan perubahan bentuk sebelum
patah. Makin besar regangan suatu bahan maka bahan itu makin mudah
dibentuk.
Selain mengalami pertambahan panjang jika suatu batang ditarik maka
juga akan mengalami perubahan penampang. Batang akan menjadi lebih kecil.
Pengurangan luas penampang yang terjadi sampai batas kekuatan tariknya atau
sebatas kekenyalannya disebut kontraksi. Adapun pengurangan luas
penampang terbesar terjadi setelah batang putus yang disebut penggentingan.
Penggentingan juga disebut regangan pada arah tegak lurus poros (lateral strain)
disingkat Hq.
b. Hukum Hooke
pada perhitungan tegangan tarik
Apabila beban tarik yang dikenakan pada suatu batang sebelum
melampaui batas proposionalnya maka akan berlaku ketentuan sebagai berikut:
Perpanjangan atau perpendekan akan berbanding lurus dengan beban dan
panjang semula, tetapi berbanding terbalik dengan penampangnya.
Perubahan memanjang dari sebuah batang berabnding lurus dengan beban dan
panjang semula, tetapi berbanding terbalik dengan modulus kenyal.
Hukum Hooke itu masih tetap berlaku apabila beban tidak melampaui batas
perbandingan (proporsionalitas). Apabila tegangan dalam batang terletak di atas
batas proposionalitasnya maka hukum Hooke sudah tidak berlaku lagi.
Pada batas proposionalitas akan berlaku hubungan antara tegangan dan
regangan:
��������
��������
= �������
Konstanta ini dinamakan modulus kenyal atau modulus elastissitas (E).
� =
V
�
Modulus kenyal atau modulus elastisitas adalah ukuran kekakuan suatu bahan.
Suatu bahan dengan modulus kenyal yang lebih besar disebut lebih kaku,
sedangkan suatu bahan dengan modulus kenyal yang lebih kecil disebut lebih
lemah.
Tegangan Tekan
Pembebanan tekan merupakan kebalikan dari
pembebanan tarik maka tegangan tekan juga
merupakan kebalikan dari tegangan tarik.
Pembebanan tekan terjadi bila gaya luar bekerja
sejajar sumbu batang ke arah dalam batang
tersebut.
Akibat beban tekan tersebut, penampang batang
akan bertambah pendek dan terjadi pembesaran
penampang. Bila batang tidak mampu menahan
beban tekan itu maka akan rusak atau pecah.
Gaya dalam (Fn) benda itu menahan pengaruh gaya luar.
Makin besar luas
penampangnya,
bertambah besar pula
kekuatan benda itu.
Pada kenyataannya,
beban tekan sejati
jarang/sukar sekali
terjadi karena
berbagai keadaan
atau kedudukan
batang maupun arah beban yang tidak benarbenar tegak lurus penampang. Oleh
karena itu, pada beban tekan perlu diperhatikan adanya bahaya tekukan. Dalam
praktek, beban tekan itu terjadi misalnya pada fondasi mesin, batang torak, dan
tiang bangunan.
Untuk menghitung ukuran suatu alat atau bagian mesin yang menderita beban
tekan selalu digunakan tegangan tekan yang diizinkan (a). Seperti halnya pada
pembebanan tarik, tegangan tekan yang diizinkan diperhitungkan dengan
menentukan faktor keamanan (s).
Tegangan Patah
1. Pengertian Tegangan Patah
Apabila batang dalam pemakaian pada kontruksi dibebani gaya luar
melebihi kekuatan bahan itu sendiri tentu akan mengalami kerusakan, seperti
memanjang, memendek, melengkung, dan patah atau pecah. Pembebanan
harus diperhitungkan oleh perencana kemudian dibandingkan dengan tegangan
yang diizinkan. Besarnya tegangan ini dari suatu bahan semata-mata tergantung
dari kekuatan bahan. Pada beban Tarik, batang akan putus setelah memanjang
dan mengalami pengecilan penampang. Pada beban tekan batang akan pecah setelah mengalami pemendekan dan pembesaran penampang karena tidak
mampulagi menahan tekanan. Sama halnya pada beban puntiran dan berbolakbalik, pada beban tekukan batang akan patah setelah lapis, atas mengalami
pemanjangan dan pemindahan pada lapisan bawa Batang akan mempunyai
kemungkinan patah apabila beban maksimum dilampaui. Tegangan yang terjadi
pada beban maksimu merupakan batas tegangan patah. Tegangan patah adalah
beban ma! simum yang menyebabkan patah dibagi dengan luas penampang
batang.
�������� ����ℎ = ����� �������� �������� ����ℎ
���� ��������� ������
Tegangan patah
kemungkinan dapat
terjadi berada di bawah
hargah tegangan pada
beban maksimum.
Untuk menjelaskan
tegangan patah ini
dapat dimisalkan pada
diagram tarik berikut ini.
Pada garis 0-a,
regangan sebanding
dengan tegangan.
Garis ini juga disebut garis modulus dan sudut yang terbentuk dengan garis
mendatar disebut sudut modulus. Makin besar sudut modulus berarti bahan
makin keras dan regangannya makin kecil. Sebaliknya, makin kecil sudut
modulusnya makin lunak dan regangannya lebih besar. Titik a adalah batas
proporsional (batas kekenyalan). Tegangan di titik a dinamakan tegangan kenyal
atau tegangan proporsional Vpr. Tegangang diizinkan berada sebelum mencapai
titik a. Garis a-b batang mendapat perpanjangan tetap dan tidak mampu lagi
kembali ke panjang semula walaupun beban dilepaskan (batang mengalami
deformasi plastis). Pada batas proporsional, batang masih dapat kembali ke panjang semula (batang mengalami deformasi elastis). Setelah titik b, tegangan
mendadak turun dan sedikit naik kembali. ncangan ini berlangsung beberapa
kali. Gejala ini disebut pelumer(jaris b-b,). Tegangan di titik b disebut batas lumer
atau batas renggang Vlu
�������� ����� V௧ =
���� ��������
���� ��������� ���� − ���� =
� ����
�
Karena batang mengecil pada waktu pembebanan dan memanjang setelah
beban maksimum sampai batang putus. Jadi, batang panjang sampai patah
bersamaan dengan turunnya tegangan sampai nol. Mulai titik b2 bahan tidak
memiliki kekuatan untuk menahan beban apapun clan sampai di titik c batang
patah. Tegangan titik c disebut tegangan patah VB.
Tegangan patah V = ௦௨ ௗ ௦௧ ௧
௨௦ ௧ ௗ ௧
V =
ிಳ
ೠ
VB = tegangan patah (kgf/m2
)
FB = gaya terbesar paa saat patah (kgf)
Au = luas penampang terkecil pada saat patah (m2
)
2. Klasifikasi Baja Berdasarkan pada Tegangan Patah
Sifat teknik dari baja terutama ditentukan oleh banyaknya kadar karbon.
Makin besa kadar karbonya makin besar pula kekerasanya dan kekuatannya
makin besar untuk gaya tarik. Sebagai gambaran klasifikasi baja berdasarkan
tegangan patah atau kekuatan baja itu dapat kita lihat dalam tabel berikut in
Tegangan Lengkung/bengkok
Tegangan lengkung
adalah tegangan yang
diakibatkan karena
adanya gaya yang
menumpu pada titik
tengah suatu beban
sehingga
mengakibatkan benda
tersebut seakan-akan
melengkung. Untuk lebih jelasnya dapat diuraikan sebagai berikuti :
Pada sistem gaya berikut ini batang akan menderita tegangan yang disebabkan
oleh gaya F, Tegangan tersebut dinamakan tegangan lengkung atau tegangan
bengkok. contohnya, pada poros-poros mesin dan poros roda yang dalam
keadaan ditumpu, gerakan rocker arm pada mekanisme katup.Gambar berikut ini
menunjukkan tegangan lengkung atau bengkok yang terjadi.
Sedangkan rumus untuk tegangan lengkung ini adalah :
F = Ra + Rb �� =
��
��
dimana:
�� = Tegangan lengkung/bengkok
Mb = momen lengkung/momen bengkok
Wb = momen tahanan lengkung/bengkok
Momen lentur pada berbagai balok yang dibebani
Momen lentur = Gaya dikalikan Jarak
Mb = F . l
Besarnya tegangan lentur tergantung dari :
x Besar gaya atau cara Pembebanan
x Panjang lengan tuas
x Cara penjepitan lengan tuas
x Bentuk dan besarnya penampang balok
Tidak ada komentar:
Posting Komentar