Kurva Tegangan-Regangan

Baca Juga:

Analisis Sigma/W geostudio konstruksi bendungan untuk memprediksi tegangan dan regangan serta prakiraan konsolidasi dan deformasi.

Kurva Tegangan-Regangan merupakan konsep yang sangat penting dalam studi ilmu material dan teknik. Kurva ini menggambarkan hubungan antara tegangan dan regangan yang diberikan pada suatu objek. Kita tahu bahwa tegangan adalah gaya yang diberikan pada material, dan regangan adalah perubahan yang dihasilkan (deformasi atau pemanjangan) dalam bentuk objek. Misalnya, ketika gaya (tegangan) diberikan pada pegas, panjangnya berubah di bawah tegangan tersebut. Namun, saat tegangan dihilangkan, pegas kembali ke posisi awalnya.

Kurva Tegangan-Regangan memberikan wawasan tentang berbagai material pada berbagai tingkat tegangan. Hal ini dapat membantu para insinyur merancang struktur yang lebih efisien dan kuat. Dalam artikel ini, kita akan mempelajari tentang tegangan, regangan, dan hubungan antara keduanya secara terperinci.

Apa itu Kurva Tegangan-Regangan?

Hubungan antara tegangan dan regangan dapat diplot pada grafik untuk sebagian besar material. Dalam percobaan ini, gaya ditingkatkan secara bertahap, dan menghasilkan regangan. Nilai tegangan dan regangan diplot pada grafik. Grafik ini disebut kurva tegangan-regangan. Kurva ini bervariasi dari satu material ke material lainnya dan sangat membantu dalam memberikan gambaran yang wajar tentang bagaimana material tersebut bekerja dalam kondisi beban yang berbeda. 

Pada grafik, dapat dilihat bahwa dari O ke A grafiknya hampir berupa garis lurus. Itu adalah satu-satunya daerah di kurva ini di mana Hukum Hooke dipatuhi. 

Batas Proporsionalitas

Karena setelah titik A atau daerah OA, grafiknya tidak mematuhi hukum Proporsionalitas atau hukum Hooke, maka Titik A disebut batas proporsionalitas. 

Daerah Elastis

Daerah awal grafik yang direpresentasikan oleh grafik OA adalah Daerah Elastis. Di daerah ini, material mengalami deformasi di bawah jalan yang diberikan tetapi kembali ke keadaan awalnya saat tegangan dihilangkan. Di daerah ini, Hukum Hooke dipatuhi.

Modulus elastisitas

Kemiringan Kurva Tegangan-Regangan di daerah elastis disebut Modulus Elastisitas dan modulus ini menggambarkan kekakuan material. Modulus ini juga disebut Modulus Young .

Titik hasil

Titik pada kurva Tegangan-Regangan, tempat material mulai mengalami deformasi plastis dan tidak dapat kembali sepenuhnya ke keadaan awalnya setelah tegangan dihilangkan. Dengan kata lain, titik luluh didefinisikan sebagai tegangan saat material mulai menunjukkan deformasi plastis dalam jumlah tertentu.

Kekuatan hasil

Jumlah tegangan yang dibutuhkan untuk mengubah bentuk material tertentu sebesar 0,2-0,5% secara plastis disebut kekuatan luluh material tersebut.

Kekuatan Tarik Ultimate (UTS)

Kekuatan Tarik Maksimum adalah jumlah tekanan maksimum yang dapat ditahan oleh suatu material sebelum material tersebut patah atau retak. Kekuatan tarik maksimum adalah ukuran ketangguhan material dan umumnya diukur dalam Pounds Per Square Inches (PSI).

Daerah Plastik

Daerah Plastik merupakan bagian dari kurva Tegangan-Regangan, dimana material mengalami deformasi plastik secara permanen dan tidak dapat mencapai keadaan awalnya setelah tegangan dihilangkan.

Modulus pengerasan regangan

Kemiringan Kurva Tegangan-Regangan dalam daerah plastik disebut Modulus Pengerasan Regangan dan modulus ini menyatakan kemampuan material untuk menahan deformasi lebih lanjut.

Titik fraktur

Titik pada Kurva Tegangan-Regangan, tempat material patah dalam percobaan, disebut Titik Retak, dan tegangan atau gaya pada titik ini disebut kekuatan Retak.

Definisi Stres

Bila gaya diberikan pada benda yang sifatnya elastis, maka akan terjadi deformasi sementara pada benda tersebut, yang bergantung pada sifat materialnya. Deformasi ini biasanya tidak terlihat, tetapi menghasilkan gaya pemulih yang cenderung mengembalikan benda ke keadaan alaminya. Besarnya gaya pemulih sama dengan gaya yang diberikan pada benda. Tegangan didefinisikan sebagai gaya pemulih per satuan luas. 

Rumus matematika untuk stres diberikan sebagai berikut:

Tekanan = F/A

Di mana,

• F adalah gaya yang diberikan
• A adalah luas benda

Satuan SI untuk tegangan diberikan dalam N/m ² atau Pascal ( Pa ). Rumus dimensi tegangan adalah [ML ^-1 T ^-2 ] . 

Jenis-jenis Stres

Stres dapat diklasifikasikan menjadi tiga kategori,

• Tegangan Tarik
• Tegangan Geser
• Tekanan Hidrolik

Tegangan Tarik

Tegangan Tarik adalah gaya tegak lurus terhadap penampang melintang material yang menyebabkan material tersebut memampatkan atau memanjang tergantung pada arah tegangan yang diberikan. Beberapa contoh Tegangan Tarik adalah peregangan karet gelang, otot-otot yang mengangkat beban yang mengalami tegangan tarik, kolom-kolom pada bangunan dan jembatan yang mengalami tegangan tarik karena beban pada kolom-kolom tersebut, dll.

Tegangan Geser

Tegangan Geser adalah gaya yang sejajar dengan luas penampang material yang menyebabkan material berubah bentuk dengan cara menggeser atau meluncur. Gaya pemulih per satuan luas yang dihasilkan. Dalam hal ini, gaya ini disebut tegangan geser. Pemotongan kertas dengan gunting, tanah yang retak saat gempa bumi, mekanisme pemutusan akibat gesekan, dll. adalah contoh tegangan geser.

Tekanan Hidrolik

Tekanan hidrolik adalah gaya yang diberikan pada seluruh permukaan material yang menyebabkan material mengembang atau memampatkan diri karena tekanan tersebut. Berbagai sistem hidrolik seperti rem, dongkrak, dll, dan gaya yang dialami oleh benda-benda di laut yang sangat dalam merupakan contoh Tekanan hidrolik.

Berbagai jenis tekanan yang diberikan pada suatu objek dan efeknya ditunjukkan pada gambar di bawah ini,

Definisi Strain

Setiap kali gaya diterapkan sedemikian rupa sehingga menyebabkan tekanan pada material. Gaya-gaya ini membawa perubahan dalam dimensi objek. Regangan adalah rasio perubahan dimensi terhadap dimensi aslinya. Misalnya, jika sebuah silinder berada di bawah tekanan tertentu dan menyebabkannya berubah bentuk sesuai dengan itu, maka rasio perubahan dimensi silinder adalah apakah silinder tersebut berada di sepanjang sumbu atau sejajar dengan sumbu terhadap dimensi aslinya, di sinilah regangan terjadi.

Noda dapat diklasifikasikan berdasarkan tekanan yang bekerja menjadi tiga jenis, yaitu:

• Regangan Tarik
• Tegangan Geser
• Regangan Hidrolik

Regangan Tarik

Dalam kasus tegangan tekan atau tarik, panjang silinder berubah. Misalkan ΔL adalah perubahan panjang silinder dan L adalah panjang awal. Ini disebut regangan longitudinal. Dinyatakan oleh, 

Regangan Longitudinal = ΔL/L

Tegangan Geser

Dalam kasus tegangan geser, objek mengalami deformasi dalam geseran atau pergeseran yang dapat diukur dalam bentuk sudut dari dimensi aslinya. Dengan demikian, Regangan Geser diberikan sebagai berikut:

Tegangan Geser = Δθ/θ

Di sini,  θ adalah perpindahan sudut silinder dari posisi rata-ratanya

Regangan Hidrolik

Ketika tekanan hidrolik diberikan, benda akan mengubah volumenya. Dalam hal ini, regangan volumetrik digunakan dan diberikan oleh:

Regangan Volumetrik = -ΔV/V

Hukum Hooke

Tekanan dan Regangan memiliki bentuk yang berbeda-beda berdasarkan cara gaya diterapkan pada benda. Dalam kasus deformasi yang kecil, hukum Hooke berlaku. Hukum Hooke didasarkan pada bukti empiris dan berlaku untuk hampir semua material. Akan tetapi, hukum ini hanya berlaku untuk perpindahan kecil. 

Menurut hukum Hooke, “Untuk deformasi kecil, tegangan dan regangan yang dihasilkan dalam benda berbanding lurus satu sama lain.”

Tegangan ∝ Regangan 

Tegangan = k × Regangan 

Di sini, k adalah konstanta proporsionalitas dan disebut Modulus Elastisitas (Modulus Young).

Kurva Tegangan-Regangan pada Berbagai Bahan

Bahan dapat diklasifikasikan menjadi dua kategori berdasarkan kurva Tegangan-Regangan,

• Bahan Rapuh
• Bahan yang lentur

Bahan Rapuh

Bahan Rapuh adalah bahan yang dapat retak tanpa peringatan atau mengalami deformasi plastik. Kaca, Keramik, Besi Cor, Beton, dan beberapa jenis Plastik adalah contoh bahan rapuh.

• Mirip dengan bahan lunak, bahan getas awalnya mengalami deformasi elastis ketika dikenai beban tertentu.
• Tidak seperti bahan lunak, bahan getas biasanya tidak menunjukkan titik luluh yang jelas pada kurva tegangan-regangan.
• Begitu tekanan yang diberikan melampaui ambang batas tertentu, material rapuh mengalami kegagalan mendadak dan dahsyat tanpa deformasi plastik berarti.
• Kurva tegangan-regangan untuk material rapuh berakhir tiba-tiba di titik patah, di mana material terpecah menjadi dua bagian atau lebih.
• Bahan yang rapuh biasanya memiliki modulus elastisitas (modulus Young) yang tinggi, yang menunjukkan bahwa bahan tersebut kaku dan kuat.

Bahan yang lentur

Material yang lentur adalah material yang dapat mengalami sejumlah besar deformasi plastik seperti peregangan, pembengkokan, atau kompresi, tanpa pecah. Material yang lentur dapat dibentuk menjadi bentuk apa pun tanpa kehilangan integritas strukturalnya. Logam, Polimer, Karet, dan Material Komposit adalah contoh Material yang Lentur.

• Kurva tegangan-regangan mengikuti hubungan linear antara tegangan (σ) dan regangan (ε) dalam rentang tertentu yang dikenal sebagai daerah elastis.
• Batas elastisitas atau batas proporsional adalah tegangan maksimum yang dapat ditahan suatu bahan tanpa deformasi permanen.
• Pada titik luluh, material beralih dari deformasi elastis ke deformasi plastis.
• Melewati titik luluh, kurva tegangan-regangan memasuki daerah deformasi plastis, tempat material mengalami deformasi permanen atau tak dapat diubah kembali.

Artikel Terkait

• Tegangan, Regangan dan Energi Potensial Elastis
• Elastisitas dan Plastisitas 
• Perbedaan Antara Stres dan Tekanan
• Modulus Kekakuan

Contoh Soal Kurva Tegangan-Regangan

Soal 1: Batang baja sepanjang 1 m bertambah panjang 10 cm saat diberi tegangan tarik. Carilah regangan longitudinalnya.

Menjawab: 

Regangan longitudinal diberikan oleh rasio perubahan panjang dengan panjang asli total. 

Misalkan panjang awal adalah L, dan perubahan panjangnya adalah ΔL

Regangan Longitudinal = ΔL/L

Diberikan:

• L = 0,1 m
• P = 1 m 

Memasukkan nilai-nilai ke dalam persamaan, 

Regangan Longitudinal = ΔL/L

⇒ Regangan Longitudinal = 0,1/1

⇒ Regangan Longitudinal = 0,1 

Soal 2: Bola baja dengan jari-jari 1,5 m menyusut hingga panjangnya 1,4 m saat diberi tekanan hidrolik. Carilah regangan volumetriknya.

Menjawab: 

Regangan Volumetrik diberikan oleh, 

Regangan Volumetrik = -ΔV/V

Volume Bola diberikan oleh, 

V = 4/3πr ³

• Jari-jari Awal: r _i = 1,5m 
• Jari-jari Akhir: r _f = 1,4m 

Oleh karena itu, Perubahan Volume = 4/3π(r _i ³ – r _f ³ )

⇒ Perubahan Volume = 4/3π[(1,5) ³ – (1,4) ³ ]

⇒ Volume Asli = 4/ ^3πr3

⇒ Volume Asli = 4/3π(1,5) ³ 

Dengan demikian, 

Regangan Volumetrik =  Perubahan Volume/Volume Awal

⇒ Regangan Volumetrik = 4/3π(r _i ³ – r _f ³ )/4/3πr _i ³ 

⇒ Regangan Volumetrik = 4/3π[(1,5) ³ – (1,4) ³ ]/4/3π(1,5) ³

⇒ Regangan Volumetrik = [(1,5) ³ – (1,4) ³ ]/(1,5) ³

⇒ Regangan Volumetrik = 0,631/3,375

⇒ Regangan Volumetrik = 0,18

Soal 3: Sebuah kubus dengan sisi 1 m menyusut ukurannya hingga panjangnya 0,5 m saat tekanan hidrolik diberikan. Carilah regangan volumetriknya.

Menjawab: 

Regangan Volumetrik diberikan oleh,

Regangan Volumetrik = -ΔV/V

Volume bola diberikan oleh, A

V = sebuah ³

• Jari-jari awal: a _i = 1 m 
• Jari-jari akhir: a _f = 0,5m 

Perubahan Volume = a _f ³ – a _i ³

⇒ Perubahan Volume = 1 ³ – (0,5) ³

⇒ Perubahan Volume = 0,875

Volume Asli = ³

⇒ Volume Asli = 1

Dengan demikian, 

Regangan Volumetrik =  Perubahan Volume/Volume Awal

⇒ Regangan Volumetrik = a _f ³ – a _i ³

⇒ Regangan Volumetrik = 0,875/1

⇒ Regangan Volumetrik = 0,875

Soal 4: Sebuah kubus dengan sisi 2 m menyusut menjadi 0,5 m ketika gaya tekan sebesar 500 N diberikan. Carilah tegangan tekannya.

Menjawab: 

Tekanan diberikan oleh, 

Tekanan = F/A

Dalam kasus ini, 

• F = 500N
• A = sisi ² 

Sisi diberikan sebagai 2 m 

A = sisi ² 

⇒ A = 2 ²

⇒ A = 4

Tekanan = F/A

⇒ Tegangan = 500/4

⇒ Tegangan = 125 N/m ²

Soal 5: Sumbu batang silinder bergerak sejauh 30° saat gaya diberikan secara horizontal. Panjang silinder adalah 0,5 m. Carilah regangan geser dan perpindahan silinder dari posisi rata-ratanya. 

Menjawab: 

Ketegangan geser diberikan oleh, 

Tegangan Geser = Δθ/θ

Di Sini,

• θ = ^30o
• P = 0,5 m 

⇒ Tegangan Geser = tan θ

⇒ Tegangan Geser = tan(30°)

⇒ Tegangan Geser = 1/√3

Biarkan Perpindahan menjadi x,

Tegangan Geser = x/L

x/1L = (1/√3)

x= L/√3 = 1/2

x=0,5/√3

x = 0,289 m

Tanya Jawab Kurva Tegangan-Regangan

Apa itu grafik tegangan-regangan?

Kurva tegangan-regangan adalah grafik antara tegangan dan regangan untuk bahan apa pun, yang memberi kita wawasan tentang kekuatan, elastisitas, dan keuletannya.

Apa itu stres?

Tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas yang dialami material saat dikenakan gaya eksternal apa pun. Satuannya adalah newton per meter persegi (N/M ² ) dalam sistem SI dan pound per inci persegi (psi) dalam sistem CGS.

Apa itu Kurva Tegangan-Regangan?

Kurva tegangan-regangan adalah grafik yang menggambarkan hubungan antara tegangan dan regangan pada suatu material. Kurva ini digunakan untuk mengkarakterisasi sifat mekanis suatu material, seperti kekuatan, elastisitas, dan keuletannya.

Apa itu ketegangan?

Regangan adalah deformasi yang dialami material saat tekanan diberikan. Regangan dinyatakan sebagai rasio perubahan dimensi terhadap dimensi awal.

Apa itu deformasi elastis?

Deformasi elastis adalah deformasi sementara yang dialami material saat mengalami tekanan, tetapi material kembali ke bentuk dan ukuran aslinya saat tekanan dilepaskan. Dalam kurva Tegangan-Regangan, deformasi ini ditunjukkan oleh daerah linier.

Apa itu deformasi plastik?

Deformasi plastis adalah deformasi permanen yang dialami material saat dikenakan beban atau gaya di luar batas elastisnya. Perilaku ini dicirikan oleh daerah nonlinier pada kurva tegangan-regangan.

Apa itu kekuatan luluh?

Kekuatan luluh adalah titik pada kurva tegangan-regangan di mana material mulai mengalami deformasi plastis. Kekuatan luluh sering digunakan sebagai ukuran kekuatan material dan biasanya dilaporkan dalam satuan gaya per satuan luas.

Apa itu kekuatan tarik ultimit?

Kekuatan tarik maksimum adalah tekanan maksimum yang dapat ditahan oleh suatu material sebelum rusak atau pecah. Kekuatan tarik maksimum biasanya dinyatakan dalam satuan gaya per satuan luas dan sering digunakan sebagai ukuran kekuatan suatu material.

Penutup

Sekian Penjelasan Singkat Mengenai Kurva Tegangan-Regangan. Semoga Bisa Menambah Pengetahuan Kita Semua.

Apa reaksimu setelah membaca Kurva Tegangan-Regangan