FATIGUE (KELELAHAN) BAHAN

         FATIGUE (KELELAHAN) BAHAN

            Fatigue (kelelahan) adalah salah satu jenis kerusakan atau kegagalan yang di akibatkan oleh beban berulang. perpatahan akibat fatigue terjadi dalam 3 fase:  1) permulaan retak  2)penyebaran retak  3) patah.

            Diperkirakan 50% - 90% (gambar 1) penyebab utama kegagalan pemakaian bahan adalah fatigue (kelelahan). ini di picu oleh retak pada bahan yang berawal dari lokasi yang paling lemah kemudian terjadi pembebanan bolak – balik sehingga keretakan tersebut menyebar dan mengakibatkan bahan itu patah.

Gambar. 1 Distribusi mode kegagalan

            3 siklus tegtangan yang umum terjadi pada fatigue (kelelahan) bahan:

A.      fluktuasi tegangan terjadi mulai dari tegangan rata-rata nol dengan amplitude yang konstan

B.      fluktuasi tegangan dimulai di atas garis rata-rata noldengan amplitude konstan

C.      fluktuasi tegangan yang acak

seperti yang ditunjukkkan pada gambar

Karakteristik kelelahan logam dapat dibedakan menjadi 2 yaitu karakteristik makro dan karakteristik mikro. Karakteristik makro merupakan ciri-ciri kelelahan yang dapat diamati secara visual(dengan mata telanjang atau dengan kaca pembesar). Sedangkan karakteristik mikro hanya dapat diamati dengan menggunakan mikroskop.

KarakteristikMakroskopis

Karakteristik makroskopis dari kelelahan logam adalah sebagaiberikut:

1. Tidak adanya deformasi plastis secara makro.

2. Terdapat tanda ’garis-garis pantai’ (beach marks) atau clam shell atau stop/arrest marks , seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2 dibawah ini.

 Gambar. 2 Permukaan patah lelah pada poros.

3. Terdapat ’Ratchet marks’  seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3 dibawah ini.

 Gambar. 3 Permukaan patah lelah dari baut akibat beban tarik.

Karakteristik Mikroskopis

Karakteristik mikroskopis dari kelelahan logam adalah sebagai berikut:

1. Pada permukaan patahan terdapat striasi (striations).

2. Permukaan patahan memperlihatkan jenis patah transgranular (memotong butir) tidak seperti jenis patah intergranular seperti yang terjadi pada kasus SCC(stress corrosion cracking) atau mulur(creep).

Persamaan striasi dan beach marks adalah sebagai berikut:

1. Ke-2 nya menunjukkan posisi ujung retak yang terjadi setiap saat sebagai fungsi dari waktu siklik.

2. Ke-2 nya berasal dari lokasi awal retak yang sama.

3. Ke-2 nya memiliki arah yang sama(parallel ridges).

4. Ke-2 nya tidak hadir pada logam-logam yang terlalu keras atauterlalu lunak.

Perbedaan striasi dan beach marks adalah sebagai berikut:

1. Ukuran striasi adalah mikroskopis (1 ÷ 100 µ) dan hanya dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop elektron.

2. Ukuran beach marks adalah makroskopis (> 1000 µ atau 1mm) dan dapat dilihat dengan mata telanjang.

3. Striasi mewakili majunya ujung retakan yang bergerak setiapsatu siklus pembebanan, sedangkan beach marks mewakili posisi dari ujung retakan ketika beban siklik berhenti untuksatu perioda tertentu. (satu beach mark dapat terdiri atasratusan bahkan ribuan buah striasi)

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI FATIGUE LIFE

 1. STRESS CONCENTRATION

Pemicu-pemicu terjadinya konsentrasi tegangan seperti fillet, notch, alur pasak, positas, inklusi dan lain-lain akan menyebabkan menurunnya umur fatigue/fatigue life. Untuk menentukan hubungan tegangan siklus untuk spesimen dengan notch, maka diperlukan tegangan nominal. Perbandingan antara fatigue limit dengan notch dan fatigue limit tanpa notch disebut fatigue norch faktor (Kt).

 

Atau dari nilai Kt, dapat dihitung notch sensitivitas dengan symbol q

Dimana : Kt = faktor konsentrasi tegangan

Bila kekuatan tarik , radius notch dan ukuran penampang naik, dan bila ukuran butir turun maka nilai Q akan naik.

2. DIMENSI (SIZE)

Bila ukuran spesimen bertambah maka ketahanan fatigue kadang-kadang menurun. Hal ini ada beberapa alasan, Kegagalan akibat fatigue biasanya dimulai dari permukaan. Jadi bila penambahan size dilakukan maka memberikan kemungkinan menimbulkan keberadaan cacat. Akibatnya retak berawal pada cacat tersebut.

3. EFEK PERMUKAAN

Ketahanan fatigue sangat dipengaruhi oleh kondisi permukaan. Kondisi permukaan tersebut adalah sifat permukaan seperti perlakuan permukaan seperti surface hardening dan tegangan sisa permukaan. Efek dari surface finishing atau kekasaran permukaan secara qualitatif juga mempengaruhi ketahanan fatigue suatu material seperti yang ditunjukkan pada Tabel.1.

Perlakuan-perlakuan permukaan yang akan merubah sifat mekanik permukaan juga akan mempengaruhi ketahanan fatigue bahan.

4. TEGANGAN RATA - RATA (MEAN STRESS)

Tegangan rata-rata (mean stress) juga mempengaruhi ketahanan fatigue. Tegangan ini ditunjukkan dengan amplitudo tegangan yang dinyatakan dengan ratio tegangan R = tegangan min/tegangan maks. Untuk R = -1 artinya amplitudo tegangan tarik sama dengan amplitudo tegangan tekan. Bila nilai R cendrung menjadi positif maka ketahanan fatiguenya menjadi turun. Pengaruh ratio tegangan ditunjukkan pada Gambar.6.

5. FAKTOR METALURGI YANG MEMPENGARUHI KETAHANAN FATIGUE

v  UKURAN BUTIR

semakin halus ukuran butir maka ketahanan fatiguenya meningkat. Namun tidak berpengaruh pada baja tanpa notchyang mendapat perlakuan panas

v  STRUKTUR MIKRO

Perubahan struktur mikro yang mempengaruhi ketahanan fatigue. Karena bila terjadi perubahan struktur mikro berarti akan terjadi perubahan fasa pada bahan, karena bervariasinya fasa-fasa pada materi maka akan memberikan perbedaan pengaruh terhadap ketahanan fatigue

v  ORIENTASI

Material yang mengalami metal working seperti proses roll akan memiliki orientasi arah butir yang searah dengan pengerolan, dalam hal ini ketahanan fatigue bersifat anisotropic. Ketahanan fatigue akan meningkat bila arah pembebanan searah dengan arah pengerolan,dan akan rendah bila sebaliknya.

Grafik S-N atau Grafik Tegangan – Siklus Kegagalan (T – S)

Grafik S-N atau grafik tegangan – siklus kegagalan (T – S) adalah grafik yang didapat dari hasil pengujian fatik yang merupakan grafik hubungan antara kekuatan fatik dan jumlah siklus pembebanan. Grafik S-N memberikan banyak informasi  sifat fatik karena pada saat pengujian, dimasukkan faktor geometri, perlakuan permukaan, kondisi pembebanan, temperatur dan proses perlakuan material. Kekurangan grafik S-N adalah tidak dapat memprediksi deformasi plastis lokal dan efek dari tegangan rata-rata. Contoh grafik S-N diperlihatkan pada Gambar.9

Gambar 9. Grafik Hasil Pengujian Fatik (Fatigue Test)

Dari grafik diatas terdapat informasi mengenai karakteristik fatik dari material, sumbu horizontal menunjukkan data jumlah siklus pembebanan dan sumbu  vertikal menunjukkan kekuatan fatik. Pada rentang siklus 10⁷ sampai 10⁸  dapat diamati ada tiga buah data spesimen yang diberi tanda panah. Arti tanda ini adalah spesimen belum patah pada saat pengujian dihentikan. Kondisi ini dinamakan  batas ketahanan material dalam menerima beban fatik (endurance limit). Tingkat tegangannya dinamakan tegangan endurance (σ_e). Untuk merencanakan komponen yang memiliki umur pakai aman atau bahkan umur tak hingga maka tingkat tegangan yang diaplikasikan harus dibawah batas tegangan endurance nya.

  PERAMBATAN RETAK (CRACK PROPAGATION)

Perambatan retak adalah tahap ke2 dari ke3 tahap proses kerusakan , dalam hal ini retak tumbuh dan menjalar mencapai batas kritis. Dari data perambatan retak dari prediksi fatigue life dapat dikembangkan dengan rumus:

da/dN = C ( K)^m

dimana :

                     K  =   range faktor intensitas tegangan                          C  =   konstanta material

                           m  =   material constant,                                            da/Dn=  laju pertumbuhan retak

           

Laju perambatan retak merupakan fungsi dari faktor intensitas tegangan. Retak berawal dari  daerah yang paling lemah, kemudian berkembang seiring dengan berjalannya siklus pembebanan. Didalam suatu percobaan biasanya perambatan retak dapat diukur secara visual dengan alat teleskop, atau bisa dilakukan dengan alat ultrasonik.

Laju perambatan retak merupakan fungsi dari faktor intensitas tegangan. Retak berawal dari  daerah yang paling lemah, kemudian berkembang seiring dengan berjalannya siklus pembebanan. Didalam suatuipercobaan biasanya perambatan retak dapat diukur secara visual dengan alat teleskop.atau bisa dilakukan dengan alat ultrasonik ataupun dengan alat pengubah resistivitas listrik.

da/dN  dievaluasi pada suatu panjang retak , kemudian untuk panjang retak tersebut. Dengan mengasumsi bahwa panjang retak a pada suatu panjang konstan dan hanya tegangan yang bervariasi. Hal ini  ditunjujkkan untuk suatu kalibrasi K sederhana :

                             K   = 

                             = 

                             =   

dimana  :   

    =  range tegangan                           =  range beban

  A     =  penampang                                   a     =  panjang retak

 CIRI PATAH LELAH

secara makroskopi kegagalan akibat fatigue selalu ditunjukkan dengan adanya deformasi plastis yang sedikit yang terlihat rata dan diikuti oleh patah statik. Secara makro kegagalan akibat fatigue sering ditandai dengan adanya beach mark atau garis pantai. Beach mark adalah garis yang menunujukkan hubungan siklus selama pembebanan.

Lokasi dan bentuk dari beach mark bervariasi terhadap kondisi pembebanan.  Retak selalu dimulai dari daerah konsentrasi teganganseperti fillet dan alur pasak pada poros. Dengan bergantung pada kondisi pembebanan, maka retak awal dapat berawal dari beberapa tempat. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar.A dan B.

Gambar.A. Permukaan patah fatigue dengan multiorigin

Gambar.B. Awal retak pada selinder dinding tebal

Pengaruh kondisi pembebanan fatigue akan mempengaruhi karakteristik permukaan patahnya , seperti yang ditunjukkan pada Gambar.C

Gambar.C. Permukaan patah fatigue terhadap kondisi beban

DAFTAR PUSTAKA

http://knuklebomb.files.wordpress.com/2010/12/fatigue-life-prediction.doc

http://202.91.15.14/upload/files/8502_Bab_08_FATIK.ppt

http://andysembiring.blogspot.com/2011/05/faktor-faktor-yang-mempengaruhi-fatigue.html

http://www.scribd.com/doc/53921508/Kelelahan-Logam-Fatigue

http://www.scribd.com/doc/34105713/Fatigue-Kelelahan-Logam-AA

http://blog.unsri.ac.id/alim99/dokil-/introduksi-kegagalan-material-akibat-fatik/mrdetail/11665

http://andysembiring.blogspot.com/2011/05/faktor-faktor-yang-mempengaruhi-fatigue.html

http://www.scribd.com/doc/34105713/Fatigue-Kelelahan-Logam-AA

http://www.scribd.com/doc/29446632/Laporan-Uji-Fatigue-Matrek

Semakin Semangat Ibadah di Akhir Ramadhan

Segala puji bagi Allah, Rabb semesta alam. Shalawat dan salam kepada Nabi kita Muhammad, keluarga dan sahabatnya.

Sebagian kaum muslimin di akhir Ramadhan malah tersibukkan dengan hal-hal dunia. Dirinya lebih memikirkan pulang mudik, baju baru dan silaturahmi kepada kerabat. Contoh dari suri tauladan kita tidaklah demikian. Di akhir Ramadhan, Rasul shallallahu ‘alaihi wa sallam lebih tersibukkan dengan ibadah, apalagi shalat malam.

Raih Lailatul Qadar

Selayaknya bagi setiap mukmin untuk terus semangat dalam beribahadah di sepuluh hari terakhir bulan Ramadhan lebih dari lainnya. Di sepuluh hari terakhir tersebut terdapat lailatul qadar. Allah Ta’ala berfirman,

لَيْلَةُ الْقَدْرِ خَيْرٌ مِنْ أَلْفِ شَهْرٍ

“Malam kemuliaan itu lebih baik dari seribu bulan” (QS. Al Qadar: 3). Lailatul qadar adalah malam yang penuh kemuliaan.
Telah terdapat keutamaan yang besar bagi orang yang menghidupkan malam tersebut. Nabi shallallahu ‘alaihi wa sallam bersabda,

مَنْ قَامَ لَيْلَةَ الْقَدْرِ إِيمَانًا وَاحْتِسَابًا غُفِرَ لَهُ مَا تَقَدَّمَ مِنْ ذَنْبِهِ

“Barangsiapa melaksanakan shalat pada lailatul qadar karena iman dan mengharap pahala dari Allah, maka dosa-dosanya yang telah lalu akan diampuni.” (HR. Bukhari no. 1901)

An Nakho’i mengatakan, “Amalan di lailatul qadar lebih baik dari amalan di 1000 bulan.” (Lihat Latho-if Al Ma’arif, hal. 341). Mujahid, Qotadah dan ulama lainnya berpendapat bahwa yang dimaksud dengan lebih baik dari seribu bulan adalah shalat dan amalan pada lailatul qadar lebih baik dari shalat dan puasa di 1000 bulan yang tidak terdapat lailatul qadar (Zaadul Masiir, 9/191).

Kapan Lailatul Qadar Terjadi?

Lailatul Qadar itu terjadi pada sepuluh malam terakhir di bulan Ramadhan sebagaimana sabda Nabi shallallahu ‘alaihi wa sallam,

تَحَرَّوْا لَيْلَةَ الْقَدْرِ فِى الْعَشْرِ الأَوَاخِرِ مِنْ رَمَضَانَ

“Carilah lailatul qadar pada sepuluh malam terakhir dari bulan Ramadhan.” (HR. Bukhari no. 2020 dan Muslim no. 1169)
Terjadinya lailatul qadar di malam-malam ganjil lebih memungkinkan daripada malam-malam genap, sebagaimana sabda Nabi shallallahu ‘alaihi wa sallam,

تَحَرَّوْا لَيْلَةَ الْقَدْرِ فِى الْوِتْرِ مِنَ الْعَشْرِ الأَوَاخِرِ مِنْ رَمَضَانَ

“Carilah lailatul qadar di malam ganjil dari sepuluh malam terakhir di bulan Ramadhan.” (HR. Bukhari no. 2017)

Tidak Perlu Mencari Tanda

Sebagian orang sibuk mencari tanda kapan lailatul qadar terjadi. Namun sebenarnya tanda tersebut tidak perlu dicari. Tugas kita di akhir Ramadhan, pokoknya terus perbanyak ibadah. Karena kalau sibuk mencari tanda malam tersebut, kita malah tidak akan memperbanyak ibadah. Walaupun memang ada tanda-tanda tertentu kala itu.  Tanda tersebut di antaranya:

Pertama, udara dan angin sekitar terasa tenang. Sebagaimana dari Ibnu Abbas, Rasulullah shallallahu ‘alaihi wa sallam bersabda, “Lailatul qadar adalah malam yang penuh kemudahan dan kebaikan, tidak begitu panas, juga tidak begitu dingin, pada pagi hari matahari bersinar tidak begitu cerah dan nampak kemerah-merahan.” (HR. Ath Thoyalisi dan Al Baihaqi dalam Syu’abul Iman, lihat Jaami’ul Ahadits 18/361, shahih)

Kedua, malaikat turun dengan membawa ketenangan sehingga manusia merasakan ketenangan tersebut dan merasakan kelezatan dalam beribadah yang tidak dirasakan pada hari-hari yang lain.

Ketiga, manusia dapat melihat malam ini dalam mimpinya sebagaimana terjadi pada sebagian sahabat.
Keempat, matahari akan terbit pada pagi harinya dalam keadaan jernih, tanpa sinar yang menyorot. Dari Ubay bin Ka’ab, ia berkata, “Malam itu adalah malam yang cerah yaitu malam ke dua puluh tujuh (dari bulan Ramadlan). Dan tanda-tandanya ialah pada pagi harinya matahari terbit berwarna putih tanpa sinar yang menyorot.” (HR. Muslim no. 762)

Jika Engkau Dapati Lailatul Qadar

Sangat dianjurkan untuk memperbanyak do’a pada lailatul qadar, lebih-lebih do’a yang dianjurkan oleh suri tauladan kita –Nabi Muhammad shallallahu ‘alaihi wa sallam- sebagaimana terdapat dalam hadits dari Aisyah. Beliau radhiyallahu ‘anha berkata,

يَا رَسُولَ اللَّهِ أَرَأَيْتَ إِنْ عَلِمْتُ أَىُّ لَيْلَةٍ لَيْلَةُ الْقَدْرِ مَا أَقُولُ فِيهَا قَالَ « قُولِى اللَّهُمَّ إِنَّكَ عَفُوٌّ تُحِبُّ الْعَفْوَ فَاعْفُ عَنِّى

”Wahai Rasulullah, apa pendapatmu jika aku mengetahui suatu malam adalah lailatul qadar. Apa yang mesti aku ucapkan saat itu?” Beliau menjawab, ”Katakanlah: ‘Allahumma innaka ‘afuwwun tuhibbul ‘afwa fa’fu anni’ (Ya Allah sesungguhnya Engkau Maha Pemaaf yang menyukai permintaan maaf, maafkanlah aku).” (HR. Tirmidzi no. 3513, Ibnu Majah no. 3850, dan Ahmad 6/171, shahih)

Lebih Giat Ibadah di Akhir Ramadhan

Nabi shallallahu ‘alaihi wa sallam terlihat lebih rajin di akhir Ramadhan lebih dari hari-hari lainnya, sebagaimana disebutkan dalam hadits,

كَانَ رَسُولُ اللَّهِ -صلى الله عليه وسلم- يَجْتَهِدُ فِى الْعَشْرِ الأَوَاخِرِ مَا لاَ يَجْتَهِدُ فِى غَيْرِهِ.

“Rasulullah shallallahu ‘alaihi wa sallam sangat bersungguh-sungguh pada sepuluh hari terakhir bulan Ramadhan melebihi kesungguhan beliau di waktu yang lainnya.” (HR. Muslim no. 1175)

Nabi shallallahu ‘alaihi wa sallam memberi contoh dengan memperbanyak ibadahnya saat sepuluh hari terakhir Ramadhan. Untuk maksud tersebut beliau shallallahu ‘alaihi wa sallam sampai menjauhi istri-istri beliau dari berhubungan intim. Beliau pun tidak lupa mendorong keluarganya dengan membangunkan mereka untuk melakukan ketaatan pada malam sepuluh hari terakhir Ramadhan.

‘Aisyah mengatakan,

كَانَ النَّبِىُّ – صلى الله عليه وسلم – إِذَا دَخَلَ الْعَشْرُ شَدَّ مِئْزَرَهُ ، وَأَحْيَا لَيْلَهُ ، وَأَيْقَظَ أَهْلَهُ

“Apabila Nabi shallallahu ‘alaihi wa sallam memasuki sepuluh hari terakhir (bulan Ramadhan), beliau mengencangkan sarungnya (untuk menjauhi para istri beliau dari berjima’), menghidupkan malam-malam tersebut dan membangunkan keluarganya.” (HR. Bukhari no. 2024 dan Muslim no. 1174). Imam Nawawi rahimahullah berkata, “Disunnahkan untuk memperbanyak ibadah di akhir Ramadhan dan disunnahkan pula untuk menghidupkan malam-malamnya dengan ibadah.” (Al Minhaj Syarh Shahih Muslim, 8:71)

Sufyan Ats Tsauri mengatakan, “Aku sangat senang jika memasuki sepuluh hari terakhir bulan Ramadhan untuk bertahajud di malam hari dan giat ibadah pada malam-malam tersebut.” Sufyan pun mengajak keluarga dan anak-anaknya untuk melaksanakan shalat jika mereka mampu. (Latho-if Al Ma’arif, hal. 331)

Menghidupkan Malam Penuh Kemuliaan

Adapun yang dimaksudkan dengan menghidupkan lailatul qadar adalah menghidupkan mayoritas malam dengan ibadah dan tidak mesti seluruh malam. Bahkan Imam Asy Syafi’i dalam pendapat yang dulu mengatakan, “Barangsiapa yang mengerjakan shalat Isya’ dan shalat Shubuh di malam qadar, ia berarti telah dinilai menghidupkan malam tersebut”. (Latho-if Al Ma’arif, hal. 329). Menghidupkan malam lailatul qadar pun bukan hanya dengan shalat, bisa pula dengan dzikir dan tilawah Al Qur’an (‘Aunul Ma’bud, 4/176). Namun amalan shalat lebih utama dari amalan lainnya di malam lailatul qadar berdasarkan hadits, “Barangsiapa melaksanakan shalat pada malam lailatul qadar karena iman dan mengharap pahala dari Allah, maka dosa-dosanya yang telah lalu akan diampuni.” (HR. Bukhari no. 1901).

Jika seorang meraih lailatul qadar dengan i’tikaf, itu lebih bagus. Namun i’tikaf bukanlah syarat untuk dapati malam kemuliaan tersebut. Begitu pula bukanlah syarat mesti di masjid untuk dapati lailatul qadar. Juwaibir pernah mengatakan bahwa dia pernah bertanya pada Adh Dhohak, “Bagaimana pendapatmu dengan wanita nifas, haidh, musafir dan orang yang tidur (namun hatinya tidak lalai dalam dzikir), apakah mereka bisa mendapatkan bagian dari lailatul qadar?” Adh Dhohak pun menjawab, “Iya, mereka tetap bisa mendapatkan bagian. Siapa saja yang Allah terima amalannya, dia akan mendapatkan bagian malam tersebut.” (Latho-if Al Ma’arif, hal. 341).

Semoga Allah beri taufik kepada kita sekalian untuk terus perbanyak ibadah di akhir-akhir Ramadhan dan moga kita juga termasuk hamba yang mendapatkan malam penuh kemuliaan, lailatul qadar. Wallahu waliyyut taufiq.

Segala puji bagi Allah yang dengan nikmat-Nya segala kebaikan menjadi sempurna.