Perkenalan Mengenai Mekanika Kepecahan ( Fracture and Failure Mechanic )

Perkenalan Mekanika Kepecahan

 

 sumber : http://pardo.net

Keyword : Fatigue, Kelelahan, Kepecahan, Crack, Force

Mekanika fraktur merupakan metode yang digunakan untuk mendapatkan karakteristik dari kebiasaan fraktur dari suatu takik tajam ( sharply notched ) dari suatu member struktural ( cracked atau flawed ), yang bisa digunakan oleh para insinyur. Mekanika kepecahan berdasarkan pada analisis tegangan pada sekitar crack atau takik. Oleh karena itu, dengan berdasarkan pada penggunaan pengalaman yang luas dari berbagai problema untuk diterjemahkan kedalam hasil laboratorium sehingga didapatkan informasi untuk desain yang dapat digunakan sebagai acuan dari insinyur sehingga mendapatkan berbagai hal yang perlu diperhatikan antara lain ;

• Daya tahan dari fraktur suatu material, dengan menggunakan tes mekanika fraktur atau menghubungkan dengan tes ketangguhan takik ( notch ) seperti tes impact CVN
• Tegangan nominal dari suatu struktur member yang dianalisis
• Ukuran suatu cacat dan geometri dari suatu struktur member yang dianalisis.

Banyak sekali struktur kompleks seperti jembatan, kapal, bangunan, pesawat dan bejanan bertekanan bisa memiliki ketidaksempurnaan seperti cacat, takik yang tajam atau berbagai macam permasalahan yang ada. Dengan menggunakan mekanika fraktur, insinyur bisa menentukan nilai kuantitatif dari level tegangan yang diijinkan serta kebutuhan inspeksi untuk desain dalam menghadapi fraktur pada suatu struktur. Fraktur mekanik bisa juga digunakan untuk menganalisis tumbuhnya dari suatu crack kecil hingga mencapai ukuran kritis dengan menggunakan beban kelelahan atau cracking dari tegangan korosi.

Tes mekanika fraktur dan teknik analisisnya memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan metode tes ketangguhan takik dan menawarkan dari metode desain kuantitatif untuk mencegah kepecahan pada suatu struktur. Tambahan juga, mekanika fraktur bisa digunakan juga untuk mengevaluasi keandalan dalam menerima beban, umur struktur dan kekuatan struktur.

·        Driving Force, K_f

Konsep fundamental dari mekanika fraktur linear-elastis adalah bahwa wilayah terjadinya tegangan tepat pada sharp crack dan bisa dikarakteristikkan kedalam satu parameter, K_I, atau faktor intensitas tegangan yang mempunyai satuan unit ksi(in^(1/2)). Parameter ini, K_I, memiliki hubungan antara level tegangan, σ, pada desain struktur. Ketika adanya kombinasi antara σ dan a akan menunjukkan kepada nilai kritis dari K_I yang disebut sebagai K_C, crack yang tidak stabil akan tumbuh dan menimbulkan fraktur. Persamaan untuk mendeskripsikan medan tegangan elastis pada sekitar ujung crack dibagian subjek untuk menerima tegangan tarik dan bisa digunakan untuk mencari hubungan antara K_I , σ , dan ukuran crack, a, untuk konfigurasi struktur yang berbeda seperti pada gambar 1. Nilai K_I untuk masing-masing geometri crack.

Pada bidang fatigue, driving force disimbolkan dengan , dengan  dan untuk kasus ini dapat disederhanakan menjadi ;

Gambar 1. Nilai KI untuk berbagai geometri crack yang berbeda

·        Resistance Force, K_c

Nilai kritis dari faktor intensitas tegangan ketika tepat mengalami kegagalan adalah Kc, yang dipengaruhi oleh properti dari  material. Sekilas dari gaya resisten, untuk mencegah terjadinya kegagalan pada desain struktur. Pada percobaan, nilai kritis dari KI pada saat gagal, KC, bisa ditentukan dengan melihat dari ketebalan material pada temperatur yang spesifik serta nilai rentan beban yang diberikan dengan menggunakan properti dari material ketika mencapai kondisi kritis, seorang desainer harus bisa menjabarkan dalam suatu teori dari ukuran kecacatan yang bisa ditoleransi dari member struktural dengan memasukkan variabel variabel seperti level desain tegangan, suhu dan rentan tegangan. Dan sebaliknya, seorang insinyur harus bisa mendeskripsikan level desain tegangan yang bisa diijinkan untuk ukuran suatu kecacatan yang kemungkinan sudah ada pada struktur.

Faktor kritis intensitas tegangan untuk material dari struktur sangan tergantung pada kondisi lingkungan dari struktur seperti suhu, rentan beban yang diterima dan lain sebagainya. Sehingga, nilai kritis harus didapatkan dari tes secara aktual dari material struktur hingga mengalami kegagalan dengan menggunakan variasi temperatur dan rentan tegangan.

Misalnya untuk nilai variasi dari KC untuk struktur baja pada kondisi suhu kamar memiliki nilai tegangan yield sebesar 50 ksi ( 345 Mpa ) seperti pada gambar 2. Dari hasil ini, akan diperoleh tiga perbedaan rentan tegangan, yang memperlihatkan efek yang cukup signifikan dimana suhu dan rentan tegangan bisa menjadi parameter penting dalam mendapatkan faktor intesitas tegangan untuk material dari struktur.

Gambar 2. Efek dari temperatur dan rentan tegangan pada ketahanan suatu percobaan kepecahan dengan tegangan pada 50 ksi

Daftar Pustaka dan Referensi

Barsom, John M. ,Stanley T. Rolfe. 1999. Fracture and Fatigue Control in Structure Application of FractureMechanics Third Edition. ASTM : USA