LAPORAN PRAKTIKUM

(1)

LAPORAN PRAKTIKUM

PENGUKURAN REGANGAN

Raras Ayusyalita (13612027) Raras Ayusyalita (13612027)

LABORATORIUM STRUKTUR RINGAN

AERONOTIKA DAN ASTRONOTIKA

FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2014

(2)

1. Tujuan Praktikum

a. Menentukan regangan pada specimen uji tarik dengan menggunakan strain gage. b. Menentukan sifat-sifat mekanik suat material

c. Membandingkan hasil penghitungan pada eksperimen dengan hasil penghitungan secara teoritis.

2. Dasar Teori

Pengetahuan mengenai regangan pada suatu struktur yang menerima beban sangat lah penting. Berdasarkan hukum Hooke, harga regangan yang didapat, dapat langsung diolah untuk menghitung tegangan. Pada umumnya, pada material logam, hubungan antara tegangan dan regangan digambarkan y kurva diagram tarik yang menununjukkan adanya daerah linear elacstic dan daerah plastis.

Ada banyak metode dalam pengukuran regangan. Metode yang paling dikenal adalah menggunakan strain gage. Strain gage ditempel langsung pada specimen uji. Dengan demikaian, strain gage yang tediri dari kawat-kawat halus yang akan

mengakibatkan penambahan panjang pada kawat sensor tersebut. Selanjutnya dengan prinsip dasar terjadinya perubahan hambatan elektrik logam akibat perubahan panjang maka besarnya regangan dapat diukur. Karena kecilnya perubahan hambatan, maka dalam praktik, harganya tidak diukur langsung dengan alat pengukur hambatan melainkan melalui rangkaian wheatstone bridge.

Pada saat tahanan strain gage mengalami perubahan tahanan, akan terjadi perubahan tegangan yang dapat diturunkan dengan menggunakan hukum Kirchoff, yaitu sebagai berikut

 





















































)

Rangkaian jembatan wheatstone pada dasarnya bisa terdiri dari 3 jenis yakni quarter bridge, half bridge, dan full bridge. Quarter bridge merupakan jenis rangkaian yang paling sederhana dimana sebuah strain gage menggantikan satu dari empat tahanan pada jembatan wheatstone. Selanjutnya, half bridge dimana dua buah strain gage menggantikan dua dari empat tahanan pada jembatan wheatstone. Tiga jenis rangkaian jembatan wheatstone ini dapat digunakan sesuai dengan kondisi dan kebutuhan pengukuran.

Sensitivitas pada setiap jenis rangkaian jembatan wheatstone, didefinisikan sebagai rasio dari perubahan pada tegangan output dibandingkan dengan perubahan dari tahanan pada strain gage saat mengalami regangan.

(3)

Half bridge akan memiliki sensitivitas dua kali lipat dibandingkan dengan

quarter bridge untuk pengukuran regangan yang sama, dan quarter bridge, full bridge, memiliki sensitivitas empat kali lipat dibanding quarter bridge untuk pengukuran regangan yang sama. Besarnya regangan yang dapat dihitung dari analisis

menggunakan jembatan wheatstone dapat dirumuskan sebagai





 



_



_

n : Jumlah strain gage aktif ∆E : Beda tegangan output V : Tegangan input

S : Strain gage factor

Pada percobaan ini strain gage ditempel pada permukaan yang akan ditarik. Sebuah specimen yang memiliki luas penampang A dan panjang L diberi beban aksial F, maka tegangan aksial



_



dan regangan aksial



_



yang dialami oleh batang dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:









_

dan



_







Selama suatu material masih berada dalam zona elastisnya, maka berlaku Hukum Hooke, yang dinyatakan sebagai





 



Dengan E adalah modulus Young. E memberikan gambaran mengenai ukuran kekakuan suatu material.

3. Prosedur Praktikum

3.1. Alat dan Bahan

1. Signal conditioner (Kyowa tipe CDV 700A)

2. Box jembatan (dengan rangkaian quarter bridge) 3. Strain gage

4. Specimen 5. Komputer 6. Multimeter

(4)

3.2. Langkah Kerja

1. Ukur besar impedansi strain gage dengan menggunakan multimeter untuk memastikan strain gage masih dalam kondisi baik.Besaran impedansi yang digunakan adalah 120



0,3Ω, sesuai dengan yang tercantum pada spesifikasi desain strain gage yang ditunjukkan pada kemasan strain gage. Pastikan kabel strain gage belum terhubung ke bridge box.

2. Ukur dimensi specimen, yang terdiri dati ketebalan specimen (t), gage width (W), dan gage length (G).

3. Rangkai kabel strain gage pada bridge box dengan jenis quarter bridge. 4. Hidupkan mesin uji tarik, lalu pasang specimen yang sudah dilengkapi

dengan strain gage.

5. Input data besaran gaya dan laju pertambahan panjang (extension rate) yang akan diberikan kepada specimen uji tarik dalam perangkat lunak (Nexygen) yang telah tersedia pada komputer. Besaran gaya yang dimasukkan adalah 2 kN, sedangkan laju pertambahan panjang 0,5 mm/min. Lalu input pula data dimensi specimen, sesuai dengan hasil pengukuran yang telah dilakukan pada poin 2.

6. Lakukan balancing rangkaian wheatstone bridge sehingga



U=0 dengan menekan tombol autobalance di panel depan signal conditioner. Bila perlu lakukan fine tuning dengan memutar sekrup R shift dengan obeng kecil.

7. Lakukan pengujian dengan pencatatan data keluaran bridge untuk setiap kenaikan gaya 100 N.

8. Ubah data regangan yang merupakan keluaran pada signal conditioner berupa voltase menjadi µ



untuk diproses lebih lanjut (





).

Untuk specimen uji tarik tanpa strain gage, berikut merupakan prosedur praktikum yang harus dilakukan antara lain:

1. Ukur dimensi specimen, yang terdiri dari ketebalan specimen (t), gage width (W), dan gage length (G).

(5)

3. Lakukan persiapan input data ke dalam perangkat lunak Nexygen yang telah tersedia pada komputer. Besaran gaya yang dimasukkan adalah 4 kN, sedangkan laju pertambahan panjang adalah 0,5 mm/min. Lalu input pula dimensi specimen sesuai dengan hasil pengukuran yang sudah dilakukan sebelumnya pada poin 1.

4. Lakukan pengujian sampai dengan specimen patah, lalu simpan data yang terekam pada data akuisisi.

(6)

4. Hasil dan Analisis

Dimensi

Spesimen Spesimen 1 Spesimen 2 Tebal,t (mm) 0,75 0,75 Lebar, W (mm) 12,55 12,55 Gage Length, G (mm) 76 76 Luas Area, A (mm2) 9,375 9,375

1. Hasil Uji Tarik Spesimen dengan Menggunakan Strain Gage ( specimen tidak sampai patah) ΔV=Voltase yang terukur - 0.002; Voltase Awal= 0.002

Gaya (N) Voltase (μV) Calibration Regangan Tegangan (MPa) Modulus Elastisitas E (Mpa) Voltase x 10mV Calibration x 1000με 100 0.007 0.05 0.00005 10.67 213333.33 200 0.018 0.16 0.00016 21.33 133333.33 300 0.030 0.28 0.00028 32.00 114285.71 400 0.043 0.41 0.00041 42.67 104065.04 500 0.056 0.54 0.00054 53.33 98765.43 600 0.070 0.68 0.00068 64.00 94117.65 700 0.085 0.83 0.00083 74.67 89959.84 800 0.099 0.97 0.00097 85.33 87972.51 900 0.113 1.11 0.00111 96.00 86486.49 1000 0.127 1.25 0.00125 106.67 85333.33 1100 0.143 1.41 0.00141 117.33 83215.13 1200 0.156 1.54 0.00154 128.00 83116.88 1300 0.170 1.68 0.00168 138.67 82539.68 1400 0.185 1.83 0.00183 149.33 81602.91 1500 0.200 1.98 0.00198 160.00 80808.08 1600 0.215 2.13 0.00213 170.67 80125.20 1700 0.230 2.28 0.00228 181.33 79532.16 1800 0.246 2.44 0.00244 192.00 78688.52 1900 0.260 2.58 0.00258 202.67 78552.97 2000 0.275 2.73 0.00273 213.33 78144.08 E 95698.91 E 95.69891

(7)

Modulus Elastisitas : 95.7 ± 0.4 GPa

2. Hasil Uji Tarik Spesimen tanpa Menggunakan Strain Gage ( sampai specimen patah)

Load (N) Extension(mm) Regangan Stress (Mpa) E(Mpa)

167.51 0.1369 0.00018 17.86773333 99192.67592 409.19 0.31234 0.00041 43.64693333 106203.7182 632.03 0.48638 0.00064 67.41653333 105342.6649 871.67 0.66269 0.00087 92.97813333 106631.1267 1101.2 0.83707 0.00110 117.4613333 106646.5329 1334.1 1.0133 0.00133 142.304 106731.5109 1559.3 1.1865 0.00156 166.3253333 106537.9295 1786.9 1.3656 0.00180 190.6026667 106076.4694 2000.1 1.5389 0.00202 213.344 105361.9079 2218 1.7155 0.00226 236.5866667 104812.5134 2429.8 1.8893 0.00249 259.1786667 104258.6072 2633.4 2.0659 0.00272 280.896 103335.5729 2827.2 2.2411 0.00295 301.568 102267.4936 3005.7 2.4166 0.00318 320.608 100828.4698 3168.9 2.5888 0.00341 338.016 99232.13844 3305 2.7643 0.00364 352.5333333 96923.3923 3415.7 2.9406 0.00387 364.3413333 94164.25673 3499.3 3.1201 0.00411 373.2586667 90919.06883 3554.1 3.3019 0.00434 379.104 87258.56022 0 50 100 150 200 250

Kurva Stress-Strain

(8)

3609.4 3.4809 0.00458 385.0026667 84059.30267 3654.9 3.6572 0.00481 389.856 81015.68413 3716.9 3.8449 0.00506 396.4693333 78367.8882 3747.7 4.0122 0.00528 399.7546667 75722.43325 3788.7 4.1917 0.00552 404.128 73272.72467 3826.3 4.3652 0.00574 408.1386667 71058.68841 3858.6 4.5428 0.00598 411.584 68857.05732 3895.7 4.7179 0.00621 415.5413333 66938.97991 3926.5 4.8943 0.00644 418.8266667 65036.52548 3962.4 5.0734 0.00668 422.656 63314.25868 3988.6 5.2497 0.00691 425.4506667 61592.56846 4029.7 5.4282 0.00714 429.8346667 60180.97098 4063.8 5.6081 0.00738 433.472 58743.37476 4092.8 5.7881 0.00762 436.5653333 57322.72306 4110.2 5.9599 0.00784 438.4213333 55907.0141 4153.9 6.1426 0.00808 443.0826667 54820.89452 4183.9 6.3191 0.00831 446.2826667 53674.54648 4196.7 6.4941 0.00854 447.648 52387.93366 4224.4 6.6704 0.00878 450.6026667 51339.95363 4252.5 6.8483 0.00901 453.6 50338.91623 4280.3 7.0261 0.00924 456.5653333 49385.81195 4307.2 7.2126 0.00949 459.4346667 48411.16195 4319.8 7.3844 0.00972 460.7786667 47423.18762 4355.7 7.566 0.00996 464.608 46669.58499 4384 7.7497 0.01020 467.6266667 45859.358 4401.3 7.9238 0.01043 469.472 45028.73874 4434.5 8.1075 0.01067 473.0133333 44340.44198 4435.4 8.2722 0.01088 473.1093333 43466.44101 4458.5 8.4527 0.01112 475.5733333 42759.79667 4476.5 8.6308 0.01136 477.4933333 42046.50013 4485.6 8.8027 0.01158 478.464 41309.21649 4501.9 8.9827 0.01182 480.2026667 40628.5445 4537.9 9.1688 0.01206 484.0426667 40122.19992 4542.6 9.3419 0.01229 484.544 4554.2 9.5161 0.01252 485.7813333 4573.8 9.6971 0.01276 487.872 4585.7 9.8738 0.01299 489.1413333 4603.4 10.054 0.01323 491.0293333 4610.8 10.226 0.01346 491.8186667 4621 10.404 0.01369 492.9066667 4636.8 10.587 0.01393 494.592

(9)

4651.5 10.771 0.01417 496.16 4655.4 10.938 0.01439 496.576 4689.2 11.132 0.01465 500.1813333 4682.7 11.299 0.01487 499.488 4709.9 11.485 0.01511 502.3893333 4717.9 11.669 0.01535 503.2426667 4715.9 11.833 0.01557 503.0293333 4732.4 12.013 0.01581 504.7893333 4728.2 12.184 0.01603 504.3413333 4743.6 12.367 0.01627 505.984 4746.7 12.542 0.01650 506.3146667 4762.2 12.721 0.01674 507.968 4768.6 12.902 0.01698 508.6506667 4773.3 13.078 0.01721 509.152 4796.6 13.262 0.01745 511.6373333 4795.4 13.438 0.01768 511.5093333 4796.3 13.613 0.01791 511.6053333 4793.6 13.787 0.01814 511.3173333 4807.7 13.972 0.01838 512.8213333 4803.8 14.149 0.01862 512.4053333 4813.4 14.339 0.01887 513.4293333 4806.4 14.499 0.01908 512.6826667 4816.2 14.688 0.01933 513.728 4825 14.863 0.01956 514.6666667 4813.1 15.039 0.01979 513.3973333 4735.2 15.216 0.02002 505.088 -19.708 15.457 0.02034 -2.102186667 -19.26 15.633 0.02057 -2.0544 -12.56 15.812 0.02081 -1.339733333 -12.512 15.992 0.02104 -1.334613333 -12.465 16.168 0.02127 -1.3296 -12.418 16.348 0.02151 -1.324586667 -12.443 16.523 0.02174 -1.327253333 -12.238 16.704 0.02198 -1.305386667 -12.374 16.881 0.02221 -1.319893333 -12.588 17.059 0.02245 -1.34272 -12.397 17.233 0.02268 -1.322346667 -12.398 17.414 0.02291 -1.322453333 -12.463 17.59 0.02314 -1.329386667 E 72964.00062 E 72.33108635

(10)

Modulus Elastisitas : 72.33 ± 0.5 GPa yield strength material, yaitu = ± 385Mpa

Ultimate strength = 510 MPa.

3. Uji Tarik Spesimen Menurut Literatur

mechanical properties dari material Al 2043 T3 :

-100.00000 0.00000 100.00000 200.00000 300.00000 400.00000 500.00000 600.00000 A x i s T i t l e

Tanpa Strain gauge

Ultimate Tensile Strength

483 MPa

Tensile Yield Strength

345 MPa

Modulus of Elasticity

73.1 GPa

(11)

4. Perbandingan Uji Tarik Spesimen Tanpa Strain Gage, dengan Strain Gage, dan Menurut Literatur 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005

Stress - Strain

Dari Literatur -100 0 100 200 300 400 500 600 700

Kurva Stress-Strain

(12)

5. Analisis Ketidakpastian

Dimensi

Spesimen Spesimen 1 Spesimen 2 Tebal,t (mm) 0,75 0,75 Lebar, W (mm) 12,55 12,55 Gage Length, G (mm) 76 76 Luas Area, A (mm2) 9,375 9,375 UG = UW 0,00522015 UA 0,00048892 UF 0,00529845 Urm 0,00532096

Modulus Elastisitas E (Gpa) Ketidakpastian Strain Gage 95.7 0,4

Tanpa Strain Gage 72.3 0,5 Literatur 73.1 0,4

Dari data yang diperoleh, hasil pengukuran modulus elastisitas tanpa strain gauge, dengan strain gauge dan menurut referensi memiliki nilai yang berbeda. Hasil pengukuran dengan strain gauge menhasilkan modulus elastisitas 95.7 GPa, tanpa strain gauge 72.3 GPa, dan menurut literature 73.1 GPa. Perbedaan hasil pengukuran dapat disebabkan oleh beberapa faktor, diantaranya kesalahan dalam pembacaan alat ukur, alat ukur yang belum di kalibrasi dan kurangnya asumsi. Spesimen yang digunakan berbeda-beda dan satu dengan yang lain dapat lebih getas atau ulet tergantung proses produksi specimen

tersebut, yang mana tidak diketahui oleh peserta praktikum. Juga dapat dipengaruhi oleh suhu, dan metode penyimpanan specimen.

(13)

5. Jawaban Pertanyaan

1. Turunkan persamaan perubahan tegangan (3) dari rangkaian wheatstone.

Sebuah rangkaian jembatan wheatstone memiliki 4 buah resistor yaitu R1, R2, R3,

R4. Tahanan R1 dan R2 dirangkai seri antara titik A dan C serta R3 dan R4 yang juga

dirangkai seri antara titik A dan C, kemudian dirangkai lagi secara parallel. Antara titik A dan C diberi medan tegangan arus searah sebesar V, sedangkan keluaran jembatan dinyatakan sebagai beda tegangan (



E) antara titik B dan D. Pada saat tahanan (strain gage) mengalami perubahan panjang, antara titik B dan D akan terjadi hukum Kirchoff

   

_









 



(







 





 





 





)

2. Terangkan prinsip kerja strain gage dan jelaskan kelebihan pemasangan strain gage di rangkaian half-bridge dibandingkan quarter-bridge.

Strain gage merupakan sebuah sensor regangan yang terdiri dari kawat-kawat halus yang ditempel pada specimen yang akan diukur regangannya.Ketika suatu benda uji (specimen) yang telah di pasangi strain gauge mengalami tegangan, maka akan meregang dan regangannya dialirkan melalui alas gauge (isolatif) pada foil atau penghantar resistif di dalam gauge tersebut. Hasilnya adalah foil atau penghantar halus tadi akan mengalami perubahan nilai resistansinya. Perubahan resistansi ini

berbanding lurus terhadap besarnya regangan.

Kelebihan pemasangan strain gauge di rangkaian half-bridge dan quarter-bridge adalah: Rangkaian half bridge memiliki sensitivitas 2 kali lebih besar dibandingkan quarter-bridge untuk pengukuran regangan yang sama.

6. Referensi

[1] ASTM E8/E8M-09, Standard Test Method for Tensile Testing for Metallic Materials.

[2] ILAC COMMITTEE 2 (1994). Committee Papers Suplement Appendix 2.5 Annex H. Hong Kong