E. Proses Pem buat an Kom posit
4.3. Pengaruh St ress Rat io (R) Terhadap Laju Peram bat an Ret ak
lebih banyak. Dengan kat a lain sem akin kecil nilai st ress rat io yang diberikan m aka panel kom posit akan sem akin cepat m engalami kegagalan fat ik.
Hal ini m enunjukkan bahw a plat panel kom posit dengan st ress rat io
negat if m emiliki um ur lelah lebih pendek bila dibandingkan dengan plat panel kom posit yang m enderit a st ress rat io yang lebih besar (posit if). M enurut Broek (1986), ket ika ujung ret ak m enderit a t egangan t ekan m aka ujung ret ak akan m enjadi lebih runcing sehingga ret ak lebih cepat m eram bat (Gam bar 4.7). Selain it u dengan st ress rat io negat if seolah-olah spesim en mengalam i selisih perbedaan 41
kejut an beban yang besar, sehingga spesim en m endapat kan regangan yang sem akin kuat . Akibat nya kecepat an peram bat an ret ak sem akin cepat t erjadi pada spesim en yang diuji dengan harga st ress rat io yang kecil (negat if).
Gam bar 4.7. Ujung ret ak pada spesim en uji
4.3 Pengaruh St ress rat io (R) Terhadap Laju Peram bat an Ret ak
Kurva karakt erist ik laju peram bat aan ret ak fat ik plat panel kom posit
berpenguat serat kenaf unt uk m asing-m asing variasi st ress rat io dapat dilihat pada Gam bar 4.8. Persam aan karakt erist ik laju peram bat an ret ak fat ik unt uk kelim a sam pel uji t ersebut juga dit unjukkan pada m asing-m asing kurva.
Sesuai dengan prinsip Teori P.C. Paris dan G.C. Sih (Broek, 1986) t ent ang form ula dasar karakt erist ik laju peram bat an ret ak da/ dN = C(
∆K)
nilai konst ant a m m aka ret ak akan sem akin cepat m eram bat . Dengan kat a lain, m at erial yang m em punyai konst ant a m lebih besar akan m em iliki laju peram bat an ret ak yang lebih cepat (m em iliki ket ahan lelah yang lebih rendah).
Dengan sem akin kecilnya nilai st ress rat io yang diberikan m aka laju
peram bat an ret ak pada plat kom posit serat kenaf akan sem akin cepat , hal ini disebabkan karena dengan sem akin kecil nilai st ress rat io yang diberikan m aka perbedaan kejut an beban yang t erjadi pada spesim en uji akan sem akin besar. Pada plat kom posit serat kenaf kont inyu-anyam -kont inyu, dengan sem akin besarnya perbedaan kejut an beban, m aka lam ina serat anyam sem akin cepat m engalam i keret akan sehingga m enyebabkan penjalaran ret ak m enuju lam ina perm ukaan (serat kenaf kont inyu) yang sem akin cepat dan lam a kelam aan ret ak akan t em bus hingga m encapai perm ukaan luar kom posit at au dengan kat a lain spesim en m enjadi t erpisah. Dengan sem akin cepat nya keret akan m encapai perm ukaan m enyebabkan spesimen uji akan m engalam i penjalaran ret ak dengan arah 42
m enjauhi initial crack t erjadi lebih cepat . Hal inilah yang m enyebabkan kegagalan fat ik t erjadi lebih cepat .
a) R = 0,4 b) R = 0,2 c) R = 0 d) R = -0,2 e) R = -0,4
(a) (b)
Gam bar 4.9. Kurva laju peram bat an ret ak gabungan lim a variasi st ress rat io(R)
Dari hasil penelit ian yang t elah dilakukan pada plat kom posit serat kenaf kont inyu-anyam kont inyu, dapat diket ahui bahw a sem akin kecil nilai st ress rat io yang diberikan m aka nilai konst ant a m akan sem akin besar dan nilai C akan sem akin kecil. Dengan m enggunakan persam aan P.C. Paris dapat dit unjukkan bahw a harga da/ dN akan sem akin besar unt uk harga m yang sem akin besar dan R = 0,4 R = 0,2 R = 0 R = -0,2 R = -0,4 44
harga C yang sem akin kecil. Dengan demikian, sem akin kecil st ress rat io m aka laju peram bat an ret ak akan sem akin m eningkat . Jadi, laju peram bat an ret ak m eningkat seiring dengan penurunan nilai st ress rat io (R) yang diberikan. Berdasarkan t eori (Broek, 1986), laju peram bat an ret ak fat ik (da/ dN) akan m engalam i kenaikan seiring dengan bert am bahnya perubahan fakt or int ensit as t egangan (
∆K). Hal ini disebabkan oleh faktor intensitas tegangan yang terjadi di
ujung ret ak akan sem akin m em besar apabila ret ak yang t erjadi bert am bahpanjang. Pada pengujian yang dilakukan, arah peram bat an ret ak yang t erjadi t erkadang t idak selalu lurus (berliku-liku). Hal ini akan m em perbesar panjang lint asan ret ak pada panjang t erukur yang sam a sehingga nilai laju peram bat an ret ak fat ik (da/ dN) dapat naik dan t urun. Hal ini sesuai dengan pernyat aan Kusko (2004) yang m enyat akan bahw a dengan ret ak yang berliku-liku m aka akan m em but uhkan pem bent ukan luas area pat ah yang lebih besar unt uk panjang peram bat an ret ak yang sam a dengan arah t egak lurus pem bebanan.
Tabel 4.1. Perbandingan harga C dan m Variasi St ress rat io C m Persam aan PC Paris R = 0,4 4.9 -6 0,794 da/ dN = 4.9 -6 (
∆K)
0,794 R = 0,2 7.10 -6 0,595 da/ dN = 7.10 -6 (∆K)
0,595 R = 0 6.10 -7 1,192 da/ dN = 6.10 -7 (∆K)
1,192R = -0,2 1.10 -7 1,571 da/ dN =1.10 -7 (
∆K)
1,571 R = -0,4 8.10 -8 1,659 da/ dN =8.10 -8 (∆K)
1,659Ungkapan bahw a sem akin kecil harga st ress rat io (R) m enghasilkan
sem akin besar harga m dipert egas pada Gam bar 4.9b. Harga m yang sem akin besar dit ujukkan oleh gradien garis kurva yang sem akin besar (sem akin t egak). Jadi, hasil pengujian pengaruh st ress rat io t erhadap karakt erist ik laju peram bat an ret ak yang t erjadi m enunjukkan hasil yang sesuai t eori yang ada. Perilaku ini dijelaskan oleh Broek (1986) dengan prinsip proses peram bat an ret ak sepert i dipaparkan dalam Gam bar 2.8. Ket ika t erjadi beban t ekan (st ress rat io bernilai negat if), m aka ujung ret ak m enjadi sem akin runcing. Akibat nya, ket ika t erjadi pem bebanan t arik berikut nya m aka ret ak akan m eram bat m enjadi lebih panjang. 45
Selain it u, ket ika spesim en diberikan nilai st ress rat io yang sem akin kecil m aka seolah-olah spesim en akan m engalami selisih perbedaan kejut an beban yang sem akin besar, sehingga penjalaran deform asi perm anen yang t erjadi berlangsung lebih cepat .
Dari hasil penelit ian yang dilakukan t erdapat hasil yang m enyim pang, yait u let ak kurva hubungan ant ara panjang ret ak dengan jum lah siklus pem bebanan spesim en uji unt uk R = 0,2 yang t erlet ak di baw ah kurva spesim en uji unt uk R = 0,4 (lihat Gam bar 4.3) sehingga m enyebabkan spesim en yang diuji dengan R = 0,2 m em iliki nilai m yang lebih kecil daripada m yang dim iliki spesim en dengan R = 0,4. Hal ini disebabkan karena beberapa fakt or, ant ara lain : 1. Panjang lint asan ret ak t erukur, pada panel kom posit t erjadi arah peram bat an ret ak yang m elint ang t erhadap arah t egak lurus pem bebanan (Gam bar 4.10). Ket ika dilakukan pengujian, ret ak just ru m eram bat ham pir searah dengan arah pem bebanan. Akibat nya panjang lint asan ret akan lebih panjang daripada panjang ret ak yang t erukur. Pengam at an panjang ret ak pada penelit ian ini yait u panjang ret ak ke arah t egak lurus pem bebanan.
Gam bar 4.10. Panjang lint asan peram bat an ret ak
2. Arah peram bat an ret ak, panel kom posit t ersusun dari t iga lam ina dim ana dengan susunan lam ina t ersebut diharapkan dapat saling m endukung unt uk m encipt akan panel dengan kekuat an t inggi. Berdasarkan pengam at an, pada spesim en dengan st ress rat io 0,2 ret ak t erjadi m engikut i arah orient asi serat kenaf kont inyu yang agak m iring, dim ana penam bahan lam ina serat kenaf Panjang lint asan ret ak yang diukur
Panjang lint asan ret ak akt ual Arah
pem bebanan 10 m m 46
kont inyu berfungsi unt uk m em perkuat dan m engham bat penjalaran ret ak dengan cara disusun searah pem bebanan, t et api karena t erdapat daerah dengan arah lam ina serat kont inyu yang agak miring sehingga ret ak m enjalar m engikut i alur orient asi serat . Hal ini disebabkan karena ret ak akan lebih m udah m eram bat dengan m engikut i alur orient asi serat kenaf kont inyu daripada harus m em ilih m eram bat dengan m em ut uskan serat kenaf yang m em punyai kekuat an lebih t inggi. Dengan arah peram bat an ret ak yang m iring m enyebabkan laju
peram bat an ret ak (da/ dN) berjalan lebih lam bat karena ket ika m enjalar dengan arah yang m iring m enyebabkan panjang ret ak yang t ercipt a m enjadi lebih panjang daripada ket ika m enjalar pada arah yang lurus.
Gam bar 4.11. Arah peram bat an ret ak panel kom posit yang diuji
3. Pengam at an panjang ret ak dilakukan saat spesim en berget ar, sehingga kurang t epat nya pem bacaan panjang ret ak m asih dim ungkinkan. Pengam at an sepert i ini dilakukan supaya pem bebanan berlangsung secara kont inyu, sehingga pengaruh akibat beban yang dihent ikan yang dihent ikan dapat dim inim alkan. Pada fot o m akro penam pang pat ahan uji fat ik plat kom posit serat kenaf m enunjukkan bahw a kelim a spesim en uji m em ilik bent uk pat ahan berupa pasangan lem bah dan gunung sebagai salah sat u ciri-ciri kegagalan fat ik. Pada penam pang pat ahan yang m engalam i perpat ahan secara lam bat (daerah ret ak Arah peram bat an
ret ak 10 m m Ket gam bar: Arah
pem bebanan
Arah peram bat an ret ak yang m iring Arah peram bat an ret ak yang lurus 47
m eram bat ) t am pak pasangan lem bah dan gunung berbent uk halus yang m enandakan pem isahan spesimen yang berjalan lam bat (dit unjukkan dengan lingkaran m erah) kem udian set elah m elew at i panjang krit is m aka spesim en akan m engalam i perpat ahan secara t iba-t iba sehingga t erbent uk pat ahan yang lebih kasar daripada pada daerah ret ak m eram bat . Hal ini dapat dilihat pada Gam bar 4.12. a) R = 0,4 b) R=0,2 c) R = 0 d) R = -0,2 e) R= -0,4
Gam bar 4.12 Penam pang pat ahan spesim en set elah dilakukan pengujian 48 BAB V PENUTUP 5.1 Kesim pulan
Dari hasil dan analisa pengujian yang dilakukan dapat disim pulkan bahw a:
1. Wakt u pengeringan serat kenaf unt uk m enghilangkan kadar air bebas serat kenaf adalah selam a 10 m enit dengan suhu 105o
C
2. Kurva hubungan laju peram bat an ret ak t erhadap perubahan int ensit as t egangan akan sem akin t egak apabila besarnya st ress rat io sem akin kecil kecuali pada variasi st ress rat io (R) = 0,2.
3. Jum lah siklus pem beban yang diperlukan spesimen unt uk m engalami kegagalan fat ik akan sem akin sedikit apabila nilai st ress rat i o yang dibebankan sem akin kecil pula. Pada st ress rat io 0,4; 0,2; 0; -0,2; -0,4 jum lah siklus pem bebanan yang t erjadi hingga spesim en m engalam i kegagalan secara berurut an adalah 123.398, 115.068, 87.995, 68.125, dan 56.158.
4. Laju peram bat an ret ak akan lebih cepat bila st ress rat io yang diberikan sem akin kecil, kecuali pada st ress rat io (R=0,2). Hal ini bisa dilihat dari nilai konst ant a Paris yait u nilai m yang sem akin besar dan nilai C yang sem akin kecil bila st ress rat io yang diberikan sem akin kecil. Pada st ress rat io 0,4; 0,2; 0; -0,2; -0,4 persam aan PC Paris secara berurut an adalah da/ dN = 4.10 - 6
(
∆K)
0,794 ; da/ dN = 7.10 -6 (∆K)
0,595 ; da/ dN = 6.10 -7 (∆K)
1,192 ; da/ dN =1.10 -7 ; (∆K)
1,571 ; dan da/ dN =8.10 -8 (∆K)
1,659 . 5.2 SaranBerdasarkan penelit ian yang t elah dilakukan, penulis m enyarankan beberapa hal berikut :
1. Dalam penggunaan serat kenaf kont inyu sebagai suat u lam ina, hendaknya m em pergunakan penjepit pada kedua ujung serat ket ika proses pencet akan unt uk m endapat kan arah orient asi serat yang seragam .
2. Perlunya dilakukan lebih lanjut t ent ang pengaruh param et er pengujian peram bat an ret ak yang lain yait u frekw ensi pem bebanan.
49
DAFTAR PUSTAKA
Answ er. 2009, Crack Propagat ion. URL: ht t p: w w w .answ er.com .
ASTM . 2003, Annual Book of ASTM st andart , Sect ion 4, Vol. 04.06, ASTM , West Conshohocken, E-647.
Bert helot J.M ., 1984, Com posit e M at erials M echanical Behavior and St ruct ural and Analysis, Valloise, France.
Bism arck A., et al, 2002, Surface Charact erizat ion of Flax, Hem p and Cellulose Fibres: Surface Propert ies and t he Wat er Upt ake Behavior, Polym er Com posit e Vol 23, no. 5.
Broek, D. 1986, Elem ent ary Enginering Fract ure M echanics, Kluw er Academ ics Publiser, London: UK.
Com posit es.2009. Com posit e m anufact ure. URL: ht t p : w w w .net com posit e.com De Garm o E., et al., 1984, M at erials and Processes in M anufact uring, New York: M acm illan Publishing.
Diet er G.E.,1986.M echanical M et allurgi, M cGraw Hill Com pany, Tokyo.
Diharjo K., 1996.Kharakt erist ik Laju Peram bat an Ret ak pada Plat Al 6061 T6 Berlubang dengan Ret ak Tunggal dan Ganda,Skripsi, Teknik M esin FT
UGM , Yogyakart a.
Diharjo K., dkk., 2005, The Effect of Alkali Treat m ent on Tensile Propert ies of Random Kenaf Fiber Reinforced Polyest er Com posit es, Part III of
Gajah M ada Universit y.
Diharjo K., dkk., 2006, Kajian Sifat Fisis-M ekanis dan Akust ik Kom posit Serat Kenaf-Polyert er dengan Core Kayu Sengon Laut , Hasil Riset Pendahuluan – Dissert asi, Pascasarjana, UGM , Yogyakart a.
Eichhorn S.J., et al., 2001, Review Current Int ernat ional Research int o Selullosic Fibres and Com posit e, Journal of m at erials Science, pp. 2107-2131.
Fuch H.O., & St ephens R.I., 1980.M et al Fat iqe in Engineering, John Willey and sons, New York.
Gay, et al., 2003, Com posit e M at erial, Desaign and Applicat ions, Boca Rat on: CRC Press.
Gibson, O.F., 1994, Principle of Com posit e M at erials, M cGraw Hill Com pany, New York,USA.
Helder F.S. et al., 2009, Influence Of Loading Sequance And St ress Rat io On Fat igue Dam age Accum ulat in Of A Com posit e St ruct ure, Journal of
Wuhan Universit y of Tecnology-M ast er. Sci. Ed. April 2009.
Jones R. M ., 1999, M echanics of Com posit e M at erials, M cGraw Hill, New York. Kenaf Green Indust ries.2008. Business, Kenaf Users, Environm ent , New Project . URL: ht t p: w w w .kenaf-fiber.com .
Kusko, C.S, et al, 2004, Influnce of St ress Rat io on Fat igue Crack Propagat ion Behavior of St ainless St ell Welds, Welding Journal, pp.59-64, Bet hlehem , Pa.
M at hur & Nirbay M ., 2007. Effect of St ress Rat io and frequency on fat igue crack grow t h rat e of 2618 alum inium alloy silicon carbide m at al m at rix
com posit e. Bullet in of M at erials Science, Vol. 24, No. 2, pp.169-171, Indian Academ y of science. 50
M ueller D.H. & Krobjilow ski A., 2003, New Discovery in t he Propert ies of Com posit es Reinforced w it h Nat ural Fiber, Journal of Indust rial Text iles, Vol. 33, No. 2-Oct ober 2003, pp. 111-130.
Rodopoulus A. & Eduardo R., 2003, The Effect of St ress Rat io on The Behavior of Short Fat igue Crack in Alum inium Alloys, Fact a Universit at is, Series:
M echanics, Aut om at ic Cont rol and Robot ic Vol.3, No. 13, pp 647-665,UK Row ell R.M ., Sanadi A., & Jacobson R., 1999, Propert ies of kenaf Polypropylene Com posit e, Processing and Product , M ississipi St at e Universit y, Ag. & Bio Engineering, pp. 381-392. ISBN 0-9670559-0-3, Chapt er 32.
PT.Rosella Baru.2007. Profil. Web : w w w .pkrosellabaru.pt pn11.com .
Prayet no, E.E. 2007, Sifat Bending Kom posit Sandw ich Serat Kenaf (Acak- Anyam -Acak) Berm at rik Polyest er Dengan Core Kayu Sengon Laut , Skripsi, Teknik M esin FT UNS, Surakart a.
Reeb, J.E., 1995, Drying Wood : Wood Product s and Ut ilizat ion Specialist , Universit y of Kent ucky, USA.
Reis P.N.B. et al., 2007, The st ress rat io efffect on fat igue life of carbon/ epoxy lam inat e com posit e, Elsevier, M at erials Science and Engineering A 200.
Sant oso & Diharjo K., 2008-2009, Teknik Pengham bat Peram bat an Ret ak Pada Plat Panel Bahan Kom posit Berpenguat Serat Alam Kenaf Unt uk
M eningkat kan Ket ahanan Lelah Akibat Beban Dinam is, Laporan Penelit ian Fundam ent al, Dikt i, Jakart a.
Bending Dinam is Panel berlapis Kom posit Sandw ich Serat Kenaf- Polyest er Dengan Core Lim bah Kayu Sengon Laut , Laporan Penelit ian Fundam ent al, Dikt i, Jakart a.
Sanyot o B. & Berat a W., 2008. Laju Peram bat an Ret ak Plat Aluminium 2024 T3 Dengan Beban Fat igue Uniaksial Pada Rasio Beban dan Jarak Diam et er
Lubang Berbeda, Jurnal Ilm iah Teknik M esin CAKRAM Vol. 2 No.2, Desem ber 2008 (82-91).
Schuh G.T., 1999, Renew able M at erials for Aut om ot ive Applicat ions, UNESP- Sao Paulo St at e Universit y.
Schijve, J., 2001, Fat igue of St ruct ure and M at eriasl, Kluw er Academ ic Publishers, London .
Schw art z M . H.,1984, Com posit e M at erial Handbook, M cGraw Hill, New York. Scielo, 2009. M icroscopic St udies On M odified Wall St ruct ure And Lignin Topochem ist ry In Xylem Kenaf Fibres.Web : w w w .scielo.com .
Shackelford, J.,1992, Int roduct ion t o M at erials Science for Engineer, Third Edit ion, M acM illan Publishing Com pany, New York, USA.
Shipsha A. & Zenkert D., 2003, Fat igue behavior of Foam Core sandw ish beam w it h Sub-Int erface Im pact Dam age, Journal of Sandw ich St ruct ure
M at erials, Vol.5, pp. 147-160.
Taib G.G, Said S, & Wiraat m adja., 1988, Operasi Pengeringan pada Pengolahan Hasil Pert anian, Penerbit P.T. M ediyat am a Sarana Perkasa, Jakart a.
Wu H., et al, 2007, Effect Of St ress Rat io On Fat igue Crack Grow t h Of Ti40 As M et al Com posit e, Science Press, Trans Nonferrous M et . Soc. China 17.