Kekuatan Hasil: Definisi, Rumus, Kurva Tegangan-Regangan

Merancang struktur, mesin, dan benda-benda sehari-hari membutuhkan pengetahuan tentang kekuatan material. Kekuatan luluh adalah properti utama bagi para insinyur dan ilmuwan material. Kekuatan luluh sangat penting untuk keamanan, umur, dan kinerja material di bawah tekanan. Halaman ini membahas kekuatan luluh, cara perhitungannya, hubungannya dengan kurva tegangan-regangan, dan bagaimana hal tersebut mempengaruhi pemilihan material untuk berbagai aplikasi.

Daftar Isi

Apa itu kekuatan luluh?

Kekuatan luluh adalah tegangan terbesar yang dapat ditahan oleh suatu material tanpa deformasi permanen. Ini merupakan momen di mana suatu bahan berubah bentuk secara permanen (yaitu, tidak lagi kembali ke bentuk semula setelah tegangan dihilangkan). Hingga titik luluh, material bersifat elastis dan kembali ke bentuk semula jika gaya dihilangkan. Di luar ambang batas ini, material memasuki wilayah deformasi plastis dan tidak akan kembali ke kondisi sebelumnya setelah gaya dihilangkan.

Hal ini sangat penting dalam rekayasa material dan desain struktural. Kekuatan luluh material sangat penting untuk mencegah deformasi dan kegagalan di bawah beban. Aplikasi rekayasa seperti konstruksi bangunan, desain aeronautika, dan rekayasa mobil menggunakan kekuatan luluh untuk memastikan komponen dapat dengan aman menahan beban dan tekanan dari waktu ke waktu.

Rumus untuk kekuatan luluh

Gaya yang diterapkan pada material dan luas penampang menentukan kekuatan luluhnya dengan menggunakan rumus sederhana. Dinyatakan sebagai.

Rumus untuk Kekuatan Hasil

Dimana:

  • σ_Y = Kekuatan Luluh (diukur dalam Pascals, Pa, atau Megapascals, MPa)
  • F = Gaya yang Diterapkan (diukur dalam Newton, N)
  • A = Luas penampang material (diukur dalam meter persegi, m²)

Kekuatan luluh biasanya diberikan dalam Pascals (Pa) atau Megapascals (MPa), di mana 1 MPa sama dengan 1 juta Pascal. Rumus sederhana ini menunjukkan kepada kita berapa banyak tekanan yang dapat diterima oleh suatu bahan sebelum berubah bentuk secara plastis.

Sebagai contoh, jika sebuah batang baja dengan luas penampang 10 mm² dikenai gaya sebesar 1000 N, maka kekuatan luluh dapat dihitung sebagai:

Rumus untuk contoh Kekuatan Hasil

Ini menunjukkan kekuatan luluh baja 100 MPa. Jika tegangan melampaui ambang batas ini, baja akan berubah bentuk secara permanen.

Apa saja faktor yang mempengaruhi kekuatan luluh?

Kekuatan luluh suatu bahan ditentukan oleh sejumlah faktor.

Komposisi material

Kekuatan luluh suatu material sangat dipengaruhi oleh komposisi kimianya. Baja, misalnya, memiliki kekuatan luluh yang lebih tinggi daripada aluminium karena adanya karbon dan komponen paduan lainnya yang meningkatkan kekuatannya.

Suhu

Saat suhu naik, kekuatan luluh sering kali turun. Logam dalam aplikasi suhu tinggi seperti mesin atau pembangkit listrik dapat memburuk pada suhu tinggi, meskipun berkinerja baik pada suhu sekitar.

Pemrosesan dan perawatan

Pengerjaan dingin, perlakuan panas, dan pemaduan adalah semua proses yang dapat meningkatkan kekuatan luluh material. Baja, misalnya, dapat diperkuat melalui operasi seperti quenching dan tempering.

Struktur biji-bijian

Ukuran dan orientasi butiran kristal material juga dapat memengaruhi kekuatan luluh. Butiran yang lebih halus memiliki kekuatan luluh yang lebih tinggi karena penguatan batas butir.

Kurva tegangan-regangan dan kekuatan luluh

Untuk lebih memahami bagaimana kekuatan luluh bekerja dalam kondisi dunia nyata, pertimbangkan kurva stress-strain. Kurva tegangan-regangan menggambarkan respons material terhadap tegangan yang diberikan. Kurva ini memberikan informasi penting tentang perilaku material di bawah tekanan, seperti elastisitas, plastisitas, dan titik kegagalannya.

Kurva tegangan-regangan dapat dibagi menjadi beberapa wilayah utama.

Wilayah elastis

Di wilayah ini, material berperilaku elastis, yang menyiratkan bahwa regangan sebanding dengan tegangan yang diberikan. Jika material dibongkar selama periode ini, material akan kembali ke bentuk semula. Hubungan tegangan-regangan pada fase ini bersifat linier, dan kemiringan garis ini dikenal sebagai modulus elastisitas (modulus Young).

Titik hasil

Ini adalah momen kunci di mana material bergeser dari deformasi elastis ke deformasi plastis. Ketika titik luluh tercapai, material mulai berubah bentuk secara permanen. Ini adalah momen di mana **kekuatan luluh** material ditentukan. Beberapa material, seperti baja ringan, dapat menunjukkan **yield plateau**, di mana material tetap berada pada tingkat tegangan yang stabil untuk waktu yang lama sebelum deformasi tambahan dimulai.

Wilayah plastik

Setelah mencapai titik leleh, material memasuki wilayah plastis dan berubah bentuk secara permanen. Tegangan dan regangan tidak lagi terhubung secara linear, dan material menunjukkan **deformasi plastis** yang tidak pulih ketika beban dihilangkan.

Kekuatan tarik tertinggi (UTS)

Ini adalah tekanan tertinggi yang dapat ditahan oleh material sebelum mengalami kegagalan. Setelah tahap ini, material biasanya mulai melengkung dan akhirnya retak.

Titik Patah

Lokasi di mana material patah atau retak. Ini adalah akhir dari kurva tegangan-regangan.

WilayahDeskripsi
Wilayah ElastisHubungan linier; kembali ke bentuk semula
Titik HasilTransisi dari perilaku elastis ke plastis
Wilayah PlastikTerjadi deformasi permanen
Kekuatan Tarik TertinggiTegangan maksimum sebelum kegagalan
Titik FrakturTitik di mana material pecah

Bagaimana cara menguji dan mengukur kekuatan luluh?

Pengujian tarik adalah metode yang paling sering digunakan untuk menentukan kekuatan luluh suatu bahan. Dalam pengujian ini, sejumlah gaya yang semakin meningkat diterapkan pada sampel material hingga berubah bentuk. Data digunakan untuk menghasilkan kurva stress-strain, dan kekuatan luluh dihitung ketika material beralih dari perilaku elastis ke plastis.

Teknik lain untuk menentukan kekuatan luluh termasuk **uji kekerasan** (seperti kekerasan Brinell atau Rockwell), yang dapat memberikan perkiraan kekuatan luluh berdasarkan ketahanan lekukan material. Di sisi lain, pengujian tarik terus menjadi pendekatan yang paling akurat dan populer.

Apa pentingnya kekuatan luluh dalam bidang teknik?

Kekuatan luluh penting dalam bidang teknik karena sejumlah alasan.

  • Pemilihan Bahan: Insinyur harus memilih bahan dengan kekuatan luluh yang dapat diterima untuk aplikasi tertentu untuk memastikan keamanan dan fungsionalitas.
  • Integritas Struktural: Dengan mengetahui kekuatan leleh, para insinyur dapat merancang struktur yang dapat menahan beban yang diharapkan tanpa deformasi permanen.
  • Kepatuhan terhadap Peraturan: Banyak bisnis memiliki persyaratan yang mengharuskan bahan memiliki kekuatan luluh tertentu untuk memastikan keamanan dan keandalan.

Kekuatan luluh pada bahan yang berbeda

Kekuatan luluh sangat bervariasi di antara material, dan memilih material yang tepat untuk suatu aplikasi sebagian besar dipengaruhi oleh kekuatan luluh dan kinerja dalam kondisi tertentu.

  1. Logam: Logam dengan kekuatan luluh yang tinggi, seperti baja, titanium, dan aluminium, banyak digunakan. Contohnya:
    • Baja dapat berkisar dari 250 MPa untuk baja ringan hingga lebih dari 2000 MPa untuk paduan baja berkekuatan tinggi.
    • Titanium terkenal dengan rasio kekuatan-terhadap-beratnya yang tinggi, memiliki kekuatan luluh sekitar 900 MPa
    • -Paduan Aluminium memiliki kekuatan luluh yang jauh lebih rendah (sekitar 150 MPa), tetapi lebih disukai untuk situasi di mana berat merupakan pertimbangan penting.
  2. Polimer: Bahan seperti plastik dan karet memiliki kekuatan luluh yang jauh lebih rendah daripada logam. Namun demikian, untuk berbagai penggunaan, kemampuan beradaptasi dan toleransi mereka terhadap variabel lingkungan membuat mereka sempurna. Sebagai contoh, **polikarbonat** memiliki kekuatan luluh sekitar 60 MPa, sementara **PVC** bisa mencapai 50 MPa.
  3. Komposit: Meskipun ringan, komposit serat karbon dan fiberglass memiliki kekuatan luluh yang tinggi. Khususnya komposit serat karbon dapat mencapai kekuatan luluh lebih dari 1000 MPa, yang menjadikannya sempurna untuk kendaraan berkinerja tinggi dan kendaraan luar angkasa.

Apa saja aplikasi kekuatan luluh

Dalam berbagai disiplin ilmu teknik, kekuatan luluh bahan sangat penting untuk menjamin bahwa bahan tersebut akan beroperasi seperti yang diharapkan, bebas dari kegagalan.

Rekayasa struktural

Memilih material untuk komponen konstruksi seperti balok, kolom, dan tulangan sangat bergantung pada kekuatan luluh. Baja struktural dan beton bertulang dirancang untuk menahan beban dan tegangan besar tanpa deformasi permanen.

Industri otomotif dan kedirgantaraan

Merancang komponen pesawat terbang, suku cadang mesin, dan rangka mobil membutuhkan kekuatan luluh karena beban yang berat dan kemungkinan benturan. Yang sering dipilih untuk penggunaan ini adalah baja berkekuatan tinggi, titanium, dan serat karbon.

Manufaktur dan elektronik

Material yang memiliki kekuatan luluh yang sesuai digunakan dalam manufaktur untuk memproduksi perkakas, peralatan, dan mikroelektronika. Sementara **peralatan bedah*** atau **suku cadang pesawat terbang*** membutuhkan bahan dengan kekuatan yang jauh lebih besar, komponen dalam **smartphone*** atau **laptop*** dapat dibuat dari logam dengan kekuatan luluh yang lebih rendah.

Kesimpulan

Insinyur dan desainer yang bekerja dengan beragam material harus memahami kekuatan luluh. Ini menentukan berapa banyak tekanan yang dapat ditahan oleh suatu bahan sebelum terjadi deformasi yang tidak dapat dipulihkan, sehingga memberikan keamanan dan fungsi teknis. Formula dan kurva tegangan-regangan membantu para ahli memilih bahan dan memastikan integritas struktural.

ChansMachining

Prototipe dan suku cadang Mesin CNC sesuai permintaan dengan & nbsp; Hasil Akhir Khusus dan manufaktur volume rendah.

Berbagi artikel ini dengan teman-teman Anda.

Dapatkan bantuan atau penawaran sekarang

Tambahkan Teks Judul Anda di Sini