Apa itu Kelelahan Mekanis? Kegagalan Tegangan Siklik • Penyeimbang portabel, penganalisis getaran "Balanset" untuk penghancur penyeimbang dinamis, kipas, mulcher, auger pada mesin pemanen, poros, sentrifus, turbin, dan banyak rotor lainnya. Apa itu Kelelahan Mekanis? Kegagalan Tegangan Siklik • Penyeimbang portabel, penganalisis getaran "Balanset" untuk penghancur penyeimbang dinamis, kipas, mulcher, auger pada mesin pemanen, poros, sentrifus, turbin, dan banyak rotor lainnya.

Apa itu Kelelahan Mekanis? Kegagalan Stres Siklik

Diterbitkan oleh admin pada

Memahami Kelelahan Mekanik

Definisi: Apa itu Kelelahan Mekanik?

Kelelahan mekanis (juga disebut kelelahan material atau hanya kelelahan) adalah kerusakan struktural progresif dan terlokalisasi yang terjadi ketika suatu material mengalami siklus tegangan atau regangan berulang, bahkan ketika tegangan maksimum pada setiap siklus jauh di bawah kekuatan tarik atau kekuatan luluh material. Kelelahan menyebabkan retakan mikroskopis muncul dan berkembang selama ribuan atau jutaan siklus, yang pada akhirnya menyebabkan fraktur total tanpa peringatan.

Kelelahan merupakan mode kegagalan paling umum pada komponen mesin berputar, termasuk poros, roda gigi, bantalan, pengencang, dan elemen struktural. Kelelahan sangat berbahaya karena kegagalan akibat kelelahan terjadi secara tiba-tiba, pada tingkat tegangan yang aman di bawah beban statis, dan seringkali tanpa peringatan sebelumnya yang terlihat. Memahami kelelahan sangat penting untuk desain dan pengoperasian mesin yang aman.

Proses Kelelahan

Tiga Tahapan Kegagalan Kelelahan

Tahap 1: Inisiasi Retakan

  • Lokasi: Dimulai pada konsentrasi tegangan (lubang, sudut, cacat permukaan)
  • Mekanisme: Deformasi plastik terlokalisasi menciptakan retakan mikroskopis (biasanya < 0,1 mm)
  • Lamanya: Dapat mencapai 50-90% dari total masa kelelahan untuk permukaan halus
  • Deteksi: Sangat sulit, biasanya tidak terdeteksi dalam layanan

Tahap 2: Perambatan Retak

  • Proses: Retakan tumbuh secara bertahap dengan setiap siklus tegangan
  • Kecepatan: Mengikuti Hukum Paris—tingkat proporsional dengan faktor intensitas stres
  • Penampilan: Bagian depan retakan halus, biasanya berbentuk setengah lingkaran atau elips
  • Tanda Pantai: Pola konsentris yang menunjukkan tahap pertumbuhan retakan (terlihat pada permukaan patahan)
  • Lamanya: Mungkin 10-50% dari total kehidupan

Tahap 3: Fraktur Akhir

  • Retakan tumbuh hingga ukuran kritis dimana material yang tersisa tidak dapat menahan beban
  • Fraktur tiba-tiba dan dahsyat pada penampang yang tersisa
  • Permukaan patahan kasar dan tidak teratur (berbeda dengan zona kelelahan yang halus)
  • Biasanya terjadi tanpa peringatan selama operasi normal

Kelelahan pada Mesin Berputar

Kelelahan Poros

  • Menyebabkan: Tegangan lentur dari ketidakseimbangan, ketidaksejajaran, atau beban melintang
  • Siklus Stres: Poros yang berputar mengalami pembalikan total setiap putarannya
  • Lokasi Umum: Alur pasak, perubahan diameter, bahu, pas tekan
  • Kehidupan Khas: 10⁷ hingga 10⁹ siklus (tahun operasi)
  • Deteksi: Retakan poros tanda-tanda getaran (komponen 2×)

Kelelahan Bantalan

  • Mekanisme: Kelelahan kontak bergulir akibat tegangan Hertzian
  • Hasil: Spalling dari bantalan balapan atau elemen gelinding
  • L10 Kehidupan: Umur statistik ketika 10% bantalan gagal (dasar desain)
  • Deteksi: Frekuensi kesalahan bantalan dalam spektrum getaran

Kelelahan Gigi Roda Gigi

  • Kelelahan Membungkuk: Retakan dimulai pada fillet akar gigi
  • Kelelahan Kontak: Pengikisan dan pengelupasan permukaan
  • Siklus: Setiap keterlibatan mesh adalah satu siklus
  • Kegagalan: Kerusakan gigi atau kerusakan permukaan

Kelelahan Pengikat

  • Baut yang mengalami beban bolak-balik dari getaran
  • Retakan biasanya dimulai pada ulir pertama di mur
  • Kegagalan baut tiba-tiba tanpa peringatan yang terlihat
  • Dapat menyebabkan peralatan rusak atau terpisah

Kelelahan Struktural

  • Rangka, alas, las yang mengalami beban siklik
  • Getaran menciptakan tekanan bergantian
  • Retakan pada las, sudut, diskontinuitas geometris
  • Kegagalan progresif struktur pendukung

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kelelahan Hidup

Amplitudo Tegangan

  • Umur kelelahan berkurang secara eksponensial seiring dengan amplitudo tegangan
  • Hubungan tipikal: Kehidupan ∝ 1/Stres⁶ hingga 1/Stres¹⁰
  • Pengurangan stres yang kecil secara drastis memperpanjang umur
  • Meminimalkan getaran secara langsung memperpanjang umur kelelahan komponen

Tegangan Rata-rata

  • Stres statis (rata-rata) yang dikombinasikan dengan stres bergantian mempengaruhi kehidupan
  • Tegangan rata-rata yang lebih tinggi mengurangi kekuatan kelelahan
  • Komponen yang diberi beban awal atau prategang lebih rentan

Konsentrasi Tegangan

  • Fitur geometris (lubang, sudut, alur) memusatkan tekanan
  • Faktor konsentrasi tegangan (Kt) mengalikan tegangan nominal
  • Retakan hampir selalu dimulai pada konsentrasi tegangan
  • Desain dengan radius yang besar, hindari sudut tajam

Kondisi Permukaan

  • Permukaan akhir mempengaruhi kekuatan lelah (halus > kasar)
  • Cacat permukaan (goresan, torehan, lubang korosi) memicu retakan
  • Perawatan permukaan (shot peening, nitriding) meningkatkan ketahanan terhadap kelelahan

Lingkungan

  • Kelelahan Korosi: Lingkungan korosif mempercepat pertumbuhan retakan
  • Suhu: Suhu tinggi mengurangi kekuatan kelelahan
  • Frekuensi: Tingkat siklus yang sangat tinggi atau sangat rendah dapat mempengaruhi kehidupan

Strategi Pencegahan

Tahap Desain

  • Hilangkan atau minimalkan konsentrasi stres (gunakan fillet yang banyak)
  • Desain untuk margin kelelahan yang memadai (faktor keamanan 2-4 tipikal)
  • Pilih material dengan sifat lelah yang baik
  • Analisis elemen hingga untuk mengidentifikasi area dengan tekanan tinggi
  • Hindari sudut tajam, lubang di daerah bertekanan tinggi jika memungkinkan

Manufaktur

  • Meningkatkan hasil akhir permukaan pada komponen penting
  • Perlakuan permukaan (shot peening, case hardening)
  • Perlakuan panas yang tepat untuk kekuatan lelah yang optimal
  • Hindari tanda pemesinan tegak lurus terhadap arah tegangan

Operasi

  • Mengurangi Getaran: Bagus. keseimbangan, penyelarasan presisi meminimalkan tekanan bolak-balik
  • Hindari Beban Berlebih: Beroperasi dalam batasan desain
  • Mencegah Resonansi: Hindari pengoperasian di kecepatan kritis
  • Kontrol Korosi: Pelapis pelindung, penghambat korosi

Pemeliharaan

  • Pemeriksaan berkala untuk retakan (visual, metode NDT)
  • Pantau getaran untuk peringatan dini munculnya retakan
  • Ganti komponen pada akhir masa kelelahan yang dihitung
  • Memperbaiki kerusakan permukaan dengan segera (bisa di lokasi awal retakan)

Kelelahan mekanis merupakan mode kegagalan fundamental dalam mesin berputar yang menyebabkan kegagalan mendadak, seringkali fatal, akibat akumulasi kerusakan siklik. Memahami mekanisme kelelahan, merancang untuk meminimalkan tegangan bolak-balik, dan menjaga tingkat getaran rendah melalui keseimbangan dan penyelarasan yang tepat sangat penting untuk mencegah kegagalan kelelahan dan memastikan masa pakai komponen mesin yang panjang dan andal.

← Kembali ke Indeks Utama

Kategori:
WhatsApp