AULIA RINALDY BLOG

FATIGUE CRACK GROWTH (PERTUMBUHAN RETAK LELAH )

Kelelahan ( Fatigue )

Ø Kegagalan lelah terjadi ketika sebuah bahan telah mengalami siklus tegangan dan regangan yang menghasilkan kerusakan yang permanen

Ø Kelelahan dapat terjadi dibawah atau diatas tegangan luluh

Ø Kegagalan lelah pada umumnya meliputi pertumbuhan inti dan penyebaran dari sebuah retak

Penyebab Kelelahan

• Kelelahan yang dikontrol oleh tegangan

Ø Lengkung rotasi (rotating bending)

Ø Getaran (vibration)

Ø Penekanan (pressurisation)

Ø Kontak Gelinding (rolling contacts)

• Kelelahan yang dikontrol oleh regangan

Ø Siklus termal (thermal cycles)

Ø Takikan besar (severe notches)

Ø Terbuka/tertutup

Umur lelah (fatigue life) biasanya 10⁷ siklus

Perkiraan dari jumlah siklus yang dialami oleh suatu piston mobil lebih dari 100.000 mil (~330.000 km)

• Struktur presisi (smooth) dan bertakik (notched):

Ø Kelelahan meliputi pertumbuhan inti dan penyebaran retakan (propagation of crack)

Ø Karakterisasi dengan umur lelah T-S (Tegangan-Siklus, S-N) atau R-S (Regangan-Siklus, e - N)

Ø Takikan mengkonsentrasikan tegangan dan regangan

• Struktur retak

Ø Kelelahan meliputi penyebaran retakan

Ø Karakterisasi dengan laju pertumbuhan retak lelah (fatigue crack growth rate)

Tujuan memprediksi umur lelah atau siklus pembebanan maksimum untuk menentukan umur tak terbatas (infinite life)

• Kelelahan dibawah tegangan luluh (batas elastis)

• Beberapa bahan mempunyai batas lelah (fatigue limit)

Sebuah batas ketahanan (endurance limit) dapat ditentukan dengan membandingkan batas lelah bahan lain

Struktur senantiasa mempunyai spektrum pembebanan dan variabel amplitudo pembebanan Efek kerusakan kumulatif dapat diperkirakan .

Hukum kerusakan kumulatif Miner-Palmgren

Kelelahan terjadi ketika kerusakan kumulatif = 1

•

Pengertian terhadap mekanisme kelelahan dapat digunakan untuk meningkatkan ketahanan lelah (fatigue resistance)

Ø Logam

Ø Slip tetap (irreversible) kumulatif

Ø Keramik

Ø Keretakan dipengaruhi lingkungan

Ø Polimer

Ø Pemanasan histeresis (hysteresis)

Ø Komposit

Ø Retakan mikro

Ø Penipisan lapisan (delamination)

Ø Kerusakan penekanan

Kelelahan pada logam sudah dikenal dengan baik/meluas

• Deformasi plastis terjadi pada butir-butir orentasi yang sesuai, meskipun dibawah batas elastis

• Pada logam murni

Ø langkah slip ekstrusi mengawali terjadinya retakan (memerlukan banyak siklus)

• Pada logam komesial

Ø akumulasi regangan plastis menumbuhkan inti retakan kecil di tempat inklusi (memerlukan sedikit siklus)

Batas lelah (fatigue limit) adalah tegangan dibawah dimana sebuah retak dapat menum-buhkan inti tetapi tidak menyebarkan retakan

Fatigue Crack Growth

LEFM dapat digunakan untuk mengukur dan memprediksi laju pertumbuhan retak lelah dalam daerah Paris (Paris Regime) LEFM mengharuskan deformasi plastis pada ujung retak harus mempunyai efek yang dapat diabaikan pada tegangan elastis dalam struktur

Yaitu volume dari regangan plastis bahan diabaikan dibandingkan dengan:

w Ukuran retak

w Ukuran struktur

Penggunaan LEFM adalah lebih aplikatif untuk struktur yang besar dengan bahan getas (perpatahan sebelum peluluhan

Prinsip metode dari LEFM adalah:

w Kinerja perpatahan kritis (G_c)

w Faktor intensitas tegangan kritis (K_c)

Kedua hal tersebut adalah pengukuran kuantitatif dari ketangguhan perpatahan. Kedua hal tersebut adalah serupa dan dapat digunakan untuk rancangan teknik. Penggunaan faktor intensitas tegangan kritis kiranya lebih tepat.

Kurva T-S dan R-S adalah didominasi oleh pertumbuhan dari retak-retak kecil (<> Persamaan Paris digunakan untuk pertum-buhan dari retak-retak besar (> 1 mm) Retak-retak kecil menyebar dengan mekanisme yang sama pada retak-retak panjang

Ø Retak-retak kecil sensitif terhadap struktur mikro

Ø LEFM biasanya tidak akurat untuk retak-retak kecil

Prediksi umur lelah pada retak-retak kecil sangat sulit diperoleh \Prinsip filosofi rancangan teknik adalah:

Ø Umur aman (Safe-Life)

Ø Kerusakan akibat kelelahan (fatigue damage) harus tidak terjadi selama umur rancang (design life)

Ø Komponen diganti setelah umur rancang terlampaui

Ø Pengamanan gagal (Fail-Safe)

Ø Kerusakan akibat kelelahan terjadi selama umur rancang

Ø Kegagalan harus tidak terjadi selama umur rancang

Ø Komponen diperiksa untuk diuji perkembangan terhadap kerusakan lelah

Ø Komponen digunakan kembali atau diganti setelah pemeriksaan

Rancangan untuk umur terbatas maupun umur takterbatas

Ø Tegangan dan regangan diuji terhadap perhitungan umur lelah menggunakan kurva T-S atau R-S

Ø Pengendalian tegangan dibawah batas lelah

Digunakan ketika pemeriksaan tidak memungkinkan atau tidak ekonomis

Ø Paku keling

Ø Ruang angkasa (satelit)

Perancangan struktur masih cukup kuat untuk umur pemakaian setelah kerusakan akibat lelah terjadi Ketentuan jangka waktu pemeriksaan memerlukan beberapa pengetahuan tentang:

v Ukuran awal cacat (initial defect size) è Pengujian Tidak Merusak

v Laju pertumbuhan retak lelah è Persamaan Paris

v Ukuran kritis cacat untuk kegagalan è Ketangguhan lelah

v Pengujian ulang dari umur sisa (residual life) setelah pemerik-saan membolehkan memperpanjang umur pemakaian total

Perhitungan umur Lelah

a = radius cacat

Ds = jarak/selisih tegangan Ketika retak tumbuh,

DK meningkat.

Ketika DK meningkat, laju pertumbuhan meningkat