Makmal Mekanik Pepejal KEKUATAN KELULI KARBON SEDERHANA 1.0 PENGENALAN Dalam rekabentuk sesuatu anggota struktur yang akan mengalami tegasan, pertimbangan utama ialah supaya anggota tersebut selamat dari kegagalan. Ujian tegangan ialah salah satu cara bagaimana nilai-nilai tegasan yang penting dalam rekabentuk dapat ditentukan..0 OBJEKTIF Menentukan (a) Modulus keanjalan (b) Tegasan alah (c) Kekuatan tegangan (d) Peratus pemanjangan (e) Peratus pengurangan luas 3.0 TEORI Fenomena dalam RAJAH 1 akan ditunjukkan apabila ujian tegangan dilakukan ke atas keluli karbon sederhana. Di antara titik O dan A, terikan adalah berkadar terus dengan tegasan. Hubungan ini dipanggil Hukum Hooke dan ianya akan berlaku sehingga sampai kepada suatu nilai tegasan yang dikenali sebagai had perkadaran σ p (titik A). Selepas titik ini, Hukum Hooke tidak lagi berlaku walaupun bahan tersebut masih mempunyai ciri-ciri anjal, walaupun selepas beban dilepaskan. Titik B adalah takat alah atas (σ yu ), di mana terdapatnya penambahan terikan yang mengejut. Sebelum berlakunya had alah atas, tegasan alah tegangan (σ yt ) untuk sesuatu bahan boleh ditentukan. Nilai tegasan ini banyak digunakan dalam rekabentuk. Titik C merupakan takat alah bawah (σ yl ) iaitu nilai tegasan yang paling rendah semasa berlakunya kealahan. Setelah kealahan berlaku, peningkatan terikan akan hanya akan berlaku dengan menambahkan nilai beban, dan lengkung tegasan terikan akan terus naik sehingga ke titik D. Di titik D tegasan ini dinamakan sebagai tegasan tegangan maksimum atau muktamad (σ uts ). Seterusnya tegasan akan berkurangan dan sehinggalah ke titik E iaitu titik di mana spesimen akan gagal berlaku (σ f ). 1
TAKAT ALAH ATAS, σ yu TEGASAN (σ) O HAD ANJAL A ELASTIK LINEAR ELASTIK TAK LINEAR B C HAD ALAH PENGERASAN TERIKAN D TEGASAN MUKTAMAD, σ UTS TAKAT ALAH BAWAH, σ yl HAD PERKADARAN,σ P PERLEHERAN E TEGASAN GAGAL,σ f KETERIKAN(ε) RAJAH 1 4.0 RADAS (a) Mesin ujian tegangan universal (b) Spesimen keluli karbon sederhana (c) Angkup vernier (d) Pembaris keluli 5.0 LANGKAH-LANGKAH UJIKAJI 1) Satu spesiman disediakan dan diberikan kepada pelajar. Dapatkan garispusat sepesimen tersebut. ) Pada bahagian tengah spesimen tandakan dua titik berukuran 80mm. Ambil bacaan tersebut sebagai panjang tolok. 3) Pasangkan spesimen pada mesin ujian tegangan universal. 4) Laraskan tolok dial dan bacaan beban kepada bacaan sifar. 5) Kenakan beban 1.5 kn. Ambil bacaan tolok dial. 6) Ulang langkah 5 dengan penambahan beban 1.5 kn sehingga spesimen gagal. 7) Catat bacaan di dalam jadual yang disediakan. (sila guna lampiran sekiranya ruang tidak mencukupi)
6.0 DATA DAN KEPUTUSAN UJIKAJI CONTOH Data di bawah diperolehi dari satu ujian tegangan keluli karbon sederhana yang mempunyai keratan lintang yang membulat. DATA Garis pusat keratan rentas contoh pada permulaan ujikaji Garis pusat keratan rentas contoh pada akhir ujikaji = 5 mm = 18.6 mm Bacaan beban dan pemanjangan BEBAN (kn) PEMANJANGAN (mm) TEGASAN (N/mm ) TERIKAN (mm/mm) 0 0.05 40.7 0.0000 40 0.10 81.5 0.00040 60 0.16 1. 0.00064 80 0.1 163.0 0.00084 100 0.6 03.7 0.00104 10 0.31 44.5 0.0014 140 0.36 85. 0.00144 150 0.38 305.0 0.00153 160 0.41 36.0 0.00164 170 0.44 346.3 0.00176 17 0.47 350.4 0.00188 174 0.50 354.5 0.0000 176 0.55 358.5 0.000 175 0.6 356.5 0.0048 178 0.7 36.6 0.0088 180 0.76 366.7 0.00304 190 0.90 387.4 0.00360 00 1.07 407.4 0.0048 10 1.5 47.8 0.00500 0 1.46 448. 0.00584 30 1.70 468.6 0.00680 40 1.99 488.9 0.00796 50.51 509.3 0.010 57 3.1 53.6 0.015 60 3.75 59.7 0.0150 61 4.50 531.7 0.0180 59 5.00 57.6 0.00 56 5.40 51.5 0.016 50 5.60 509.3 0.04 4 5.80 493.0 0.03 9 5.85 466.5 0.034 3
Data Ujikaji Mula Ujikaji Akhir Ujikaji Garis pusat (mm) Luas Keratan (A) (mm ) A m = A a = Panjang Tolok (L) (mm) L m = L a = Kiraan Beban (kn) Pemanjangan (mm) Tegasan (N/mm ) Terikan (mm/mm) Lukiskan lengkung tegasan melawan terikan (awal dan penuh) dan tandakan: (i) Takat alah atas (ii) Takat alah bawah (iii) Titik kekuatan tegangan muktamat (iv) Titik kegagalan contoh Berikan contoh kiraan dalam ruangan di bawah: Modulus keanjalan (E) (N/mm ) Takat alah atas (N/mm ) Takat alah bawah (N/mm ) Kekuatan tegangan muktamat (N/mm ) Had anjal (N/mm ) Peratus pemanjangan (%) Peratus pengurangan luas (%) 4
CONTOH PENGIRAAN Modulus Keanjalan Modulus keanjalan ( E ) bagi bahan ujian diperolehi daripada bahagian lurus graf tegasan lawan terikan. ( Graf tidak disertakan di sini dan dijadikan latihan kepada pelajar). Dari Graf Pada tahap perkadaran, pada nilai tegasan 44.5 N/mm ianya menghasilkan terikan kepada 0.0014 mm/mm. (Kaedah kecerunan graf juga boleh digunakan). Modulus keanjalan, 6 σ 44.5 10 E = = = 197 GPa E 0.014 Takat alah atas (σ yu ) = 359 N/mm Takat alah bawah (σ yl ) = 35.3 N/mm dan dari graf didapati Kekuatan Tegangan Muktamad (σ uts ) Beban tegangan muktamad (σ uts ) yang mampu ditahan oleh spesimen = 61 kn P Kekuatan tegangan = luas 61 10 = 491 3 = 53 N/mm Peratus pemanjangan. La Lm Peratus pemanjangan = 100% Lm 5.85 = 100% 50 =.341% Pengurangan luas peratus πd π Luas keratan rentas asal, Am = = 4 ( 5) 4 = 491mm ( ) Luas keratan rentas akhir,aa πd π 18.6 = = 4 4 = 7 mm Peratus pengurangan luas Am Aa = 100% Am 491 7 = 100% 491 = 44.6 % 5
Data Garis pusat keratan rentas contoh pada permulaan ujikaji Garis pusat keratan rentas contoh pada akhir ujikaji mm mm Bacaan beban dan pemanjangan Beban (kn) Pemanjangan (mm) Tegasan (N/mm ) Terikan (mm/mm) 6
7.0 SOALAN 1. Nyatakan kegunaan ujian tegangan dalam kejuruteraan struktur.. Bezakan antara lengkung tegasan-terikan keluli sederhana dengan keluli alah tinggi. 3. Huraikan kaedah bagi menentukan nilai tegasan alah σ y bagi bahan rapuh. 7