Deformasi

Pada prinsipnya beban terhadap benda terdeformasi (Deformable Body) adalah suatu gaya yang melakukan aksi terhadap benda padat sehingga menyebabkan Causative Influences yang menyebabkan terjadinya deformasi. 

      Apabila suatu benda mengalami deformasi maka dapat dilakukan analisis dengan 2 macam cara, yaitu: Intrepretasi Fisik dan Analisis Geometri. Intrepretasi Fisik adalah proses penerjemahan secara fisis terhadap sifat materi yang mengalami deformasi tegangan (stress) yang terjadi pada materi, hubungan fungsional antara beban dan deformasi yang terjadi dimana sifat materi yang terdeformasi terdiri atas 2 macam, yaitu:

1.      Rigid (Kaku) = Patah = Plastik.

2.      Non-Rigid = Lentur = Elastik.

Deformasi adalah perubahan bentuk, posisi dan dimensi dari suatu benda (Kuang, 1996). Sehingga berdasarkan definisi tersebut, deformasi dapat diartikan sebagai perubahan kedudukan atau pergerakan suatu titik pada suatu benda secara absolut maupun relatif (Ma’ruf, B., 2001). Sehingga analisis deformasi adalah metodologi (hal-hal yang berkaitan metode) untuk menentukan parameter-parameter deformasi.  Ada 2 macam metode pendekatan yaitu pendekatan geodetik dan pendekatan fisis. Ciri khas pendekatan geodetik adalah penerapan konsep, sebagai berikut:

1.      Pendekatan stokastik.

2.      Penentuan posisi.

3.      Kerangka referensi, sistem referensi, kerangka koordinat dan sistem koordinat.

4.      Kerangka dasar horisontal dan vertikal dan bentuk geometri beserta ukuran lebih.

Adapun beberapa parameter-parameter deformasi , antara lain:

1.      Tegangan (Stress)

Tegangan adalah gaya (F) per luas permukaan (A) yang diteruskan ke seluruh material melalui medan-medan gaya antar atom. Pada umumnya arah tegangan miring terhadap luas A tempatnya bekerja dan dapat diuraikan menjadi dua komponen, yaitu:

a)      Tegangan Normal (Normal Stress), tegak lurus terhadap luas A.

b)      Tegangan Geser (Shear Stress), bekerja pada bidang luas A atau yang sejajar dengan luas A. 

                                                

Gambar 1. Komponen Tegangan

Keterangan:

: tegangan normal searah sumbu Y.

: tegangan geser tegak lurus sumbu Y sejajar sumbu Z.

: tegangan geser tegak lurus sumbu Y sejajar sumbu X.

2.      Regangan (Strain)

Perpindahan partikel suatu benda elastis selalu menimbulkan terjadinya perubahan bentuk benda tersebut. Perubahan bentuk suatu benda elastik dikaitkan dengan regangan, maka perubahan bentuk tersebut dipandang sebagai perubahan bentuk yang kecil. Dalam sistem koordinat kartesian tiga dimensi, perpindahan kecil partikel yang berubah bentuk diuraikan dalam komponen u_X, u_Y dan u_Z yang masing-masing sejajar terhadap sumbu koordinat kartesian X, Y dan Z.

                             

                             Gambar 2. Elemen Kecil Benda Plastik dan Komponen Regangan 

(a) Komponen Regangan; (b) Elemen Kecil Benda Elastik

3.      Rotasi

Rotasi merupakan perubahan posisi materi tanpa mengalami perubahan bentuk yang membentuk perubahan sudut terhadap koordinat acuan. Sebagai gambaran bentuk rotasi dapat dilihat pada gambar 3.1., sebagai berikut:

                                                            

Gambar 3. Komponen Rotasi

Dalam ilmu material, deformasi adalah perubahan bentuk atau ukuran objek diterapkan karena adanya gaya. Ini bisa menjadi hasil dari tarik (menarik) kekuatan, tekan (mendorong) kekuatan, geser, membungkuk atau torsi (memutar). Deformasi sering digambarkan sebagai strain.

Sebagai deformasi terjadi, internal antar-molekul muncul kekuatan-kekuatan yang menentang gaya diterapkan. Jika gaya yang diberikan tidak terlalu besar kekuatan-kekuatan ini mungkin cukup untuk diterapkan sepenuhnya menolak kekuatan, yang memungkinkan objek untuk mengasumsikan keadaan ekuilibrium baru dan kembali ke keadaan semula apabila beban dihilangkan. Gaya diterapkan yang lebih besar dapat menyebabkan deformasi permanen dari objek atau bahkan ke kegagalan struktural.

Dalam gambar dapat dilihat bahwa beban kompresi (ditandai dengan tanda panah) telah menyebabkan deformasi dalam silinder sehingga bentuk asli (garis putus-putus) telah diubah (cacat) menjadi satu dengan sisi menonjol. Tonjolan sisi karena materi, walaupun cukup kuat untuk tidak retak atau gagal, tidak cukup kuat untuk mendukung beban tanpa perubahan, sehingga material dipaksa keluar lateral. Kekuatan internal (dalam kasus ini pada sudut kanan deformasi) menahan beban diterapkan.

 

Diagram Stres-regangan kurva, yang menunjukkan hubungan antara stres (gaya yang diberikan) dan regangan (deformasi) dari logam yang ulet.

DEFORMASI ELASTIS.

Jenis deformasi secara reversible,Setelah pasukan tidak lagi diterapkan, objek kembali ke bentuk aslinya. Elastomer dan memori bentuk logam seperti Nitinol menunjukkan rentang deformasi elastis besar Soft termoplastik dan konvensional logam memiliki rentang deformasi elastis moderat, sementara keramik, kristal, dan keras plastik termoseting hampir tidak mengalami deformasi elastis.Deformasi elastis linear diatur oleh hukum Hooke yang menyatakan:

Mana diterapkan σ adalah stres, E adalah material konstanta yang disebut Young's modulus, dan ε adalah hasil ketegangan. Hubungan ini hanya berlaku dalam rentang elastis dan menunjukkan bahwa kemiringan kurva tegangan vs regangan dapat digunakan untuk menemukan Modulus Young. Insinyur sering menggunakan perhitungan ini di tarik tes .Para rentang elastis berakhir ketika bahan mencapai kekuatan luluh.

                 Gambar3. Deforasi Palstic

Plastic deformasi

Jenis deformasi ini tidak dapat dibalikkan. Namun, sebuah objek dalam kisaran deformasi plastik akan terlebih dahulu telah mengalami deformasi elastis, yang reversibel, sehingga objek akan kembali bagian cara untuk bentuk aslinya. Soft termoplastik memiliki deformasi plastik agak besar berkisar lakukan ulet logam seperti tembaga, perak, dan emas. Steel tidak juga, tapi bukan besi cor. Hard termoseting plastik, karet, kristal, dan keramik memiliki rentang minimal deformasi plastik. Satu bahan dengan kisaran deformasi plastik besar basah permen karet, yang dapat ditarik puluhan kali panjang aslinya.

Bawah tegangan tarik deformasi plastik dicirikan oleh pengerasan regangan daerah dan penciutan wilayah dan akhirnya, fraktur (juga disebut pecah). . Selama pengerasan regangan material menjadi lebih kuat melalui gerakan dislokasi atom. Penciutan fase yang ditandai oleh penurunan luas penampang spesimen. Penciutan dimulai setelah Kekuatan Ultimate tercapai. Selama penciutan, materi tidak dapat lagi menahan tekanan maksimum dan tekanan pada spesimen meningkat dengan cepat. Deformasi plastik berakhir dengan fraktur material.

Metal kelelahan

Mekanisme deformasi lainnya adalah kelelahan logam, yang terjadi terutama di ulet logam. Ini pada awalnya berpikir bahwa cacat material hanya dalam rentang elastis sepenuhnya kembali ke keadaan semula setelah pasukan telah dihapus. . Namun, kesalahan yang diperkenalkan pada tingkat molekuler dengan setiap deformasi. Setelah banyak deformasi, retak akan mulai muncul, diikuti dengan segera setelah patah tulang, dengan deformasi plastik yang tidak jelas di antara keduanya. Tergantung pada bahan, bentuk, dan bagaimana dekat dengan batas elastis itu cacat, kegagalan mungkin membutuhkan ribuan, jutaan, miliaran, atau triliunan deformasi.

Kelelahan logam telah menjadi penyebab utama kegagalan pesawat, seperti De Havilland Comet, terutama sebelum proses itu dipahami dengan baik. Ada dua cara untuk menentukan kapan bagian berada dalam bahaya kelelahan logam; baik kegagalan memprediksi kapan akan terjadi karena materi / gaya / bentuk / iterasi kombinasi, dan mengganti bahan-bahan yang rentan sebelum hal ini terjadi, atau melakukan inspeksi untuk mendeteksi mikroskopis retakan dan melakukan penggantian setelah mereka terjadi. Pemilihan bahan yang tidak mungkin menderita dari logam kelelahan selama kehidupan produk adalah solusi terbaik, tetapi tidak selalu mungkin. Menghindari bentuk dengan sudut tajam batas kelelahan logam dengan mengurangi konsentrasi tegangan, tetapi tidak menghilangkannya.

Fracture

Jenis deformasi ini juga tidak dapat dibalikkan. Kehancuran tersebut terjadi setelah bahan telah mencapai ujung elastis, dan kemudian plastik, deformasi rentang. Pada titik ini pasukan menumpuk sampai mereka cukup untuk menyebabkan fraktur. Semua bahan akhirnya akan patah, jika kekuatan yang memadai diterapkan.

Dalam mekanika kontinum, deformasi atau regangan adalah perubahan dalam sifat metrik kontinu benda B dalam perpindahan dari penempatan awal κ ₀(B) untuk penempatan akhir κ (B). Suatu perubahan dalam sifat metrik berarti bahwa kurva digambarkan dalam tubuh awal perubahan penempatan panjangnya ketika dipindahkan ke sebuah kurva dalam penempatan akhir. Jika semua tidak berubah kurva panjang, dikatakan bahwa sebuah benda tegar perpindahan terjadi.

Sebuah medan regangan dikaitkan dengan perpindahan didefinisikan, pada setiap titik, dengan perubahan panjang vektor tangen yang mewakili kecepatan secara sewenang-wenang parametrized kurva melewati titik tersebut. Geometris dasar hasil, karena Fréchet, von Neumann dan Yordania, menyatakan bahwa, jika panjang vektor tangen memenuhi aksioma norma dan hukum genjang, maka panjang vektor adalah akar kuadrat dari nilai bentuk kuadrat yang terkait, dengan rumus polarisasi, dengan peta bilinear definit positif disebut tensor metrik. Setara pilihan yang berbeda dapat dilakukan untuk ekspresi dari medan regangan tergantung pada apakah yang didefinisikan di awal atau di akhir dan penempatan pada apakah metrik tensor atau dianggap ganda. Dalam tubuh yang terus-menerus, sebuah lapangan deformasi hasil dari stres yang disebabkan oleh diterapkan lapangan pasukan atau karena perubahan dalam bidang suhu di dalam tubuh. Hubungan antara stres dan ketegangan akibat dinyatakan oleh persamaan konstitutif elastis, misalnya, hukum Hooke untuk linier elastis bahan. Deformasi yang pulih setelah bidang stres telah dihilangkan, disebut deformasi elastis. Dalam kasus ini, sepenuhnya pulih kontinum konfigurasi aslinya. Di sisi lain, ireversibel deformasi, yang tetap bahkan setelah menekankan telah dihapus, disebut deformasi plastik. Semacam itu terjadi dalam material deformasi tubuh setelah menekankan telah mencapai nilai ambang tertentu yang dikenal sebagai batas elastis atau tegangan luluh, dan merupakan hasil dari slip, atau dislokasi mekanisme pada tingkat atom.