LAPORAN PRAKTIKUM

LAPORAN PRAKTIKUM PENGUKURAN REGANGAN

Raras Ayusyalita (13612027)

LABORATORIUM STRUKTUR RINGAN AERONOTIKA DAN ASTRONOTIKA FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2014

1. Tujuan Praktikum a. Menentukan regangan pada specimen uji tarik dengan menggunakan strain gage. b. Menentukan sifat-sifat mekanik suat material c. Membandingkan hasil penghitungan pada eksperimen dengan hasil penghitungan secara teoritis.

2. Dasar Teori Pengetahuan mengenai regangan pada suatu struktur yang menerima beban sangat lah penting. Berdasarkan hukum Hooke, harga regangan yang didapat, dapat langsung diolah untuk menghitung tegangan. Pada umumnya, pada material logam, hubungan antara tegangan dan regangan digambarkan y kurva diagram tarik yang menununjukkan adanya daerah linear elacstic dan daerah plastis. Ada banyak metode dalam pengukuran regangan. Metode yang paling dikenal adalah menggunakan strain gage. Strain gage ditempel langsung pada specimen uji. Dengan demikaian, strain gage yang tediri dari kawat-kawat halus yang akan mengakibatkan penambahan panjang pada kawat sensor tersebut. Selanjutnya dengan prinsip dasar terjadinya perubahan hambatan elektrik logam akibat perubahan panjang maka besarnya regangan dapat diukur. Karena kecilnya perubahan hambatan, maka dalam praktik, harganya tidak diukur langsung dengan alat pengukur hambatan melainkan melalui rangkaian wheatstone bridge. Pada saat tahanan strain gage mengalami perubahan tahanan, akan terjadi perubahan tegangan yang dapat diturunkan dengan menggunakan hukum Kirchoff, yaitu sebagai berikut

           ) Rangkaian jembatan wheatstone pada dasarnya bisa terdiri dari 3 jenis yakni quarter bridge, half bridge, dan full bridge. Quarter bridge merupakan jenis rangkaian yang paling sederhana dimana sebuah strain gage menggantikan satu dari empat tahanan pada jembatan wheatstone. Selanjutnya, half bridge dimana dua buah strain gage menggantikan dua dari empat tahanan pada jembatan wheatstone. Tiga jenis rangkaian jembatan wheatstone ini dapat digunakan sesuai dengan kondisi dan kebutuhan pengukuran. Sensitivitas pada setiap jenis rangkaian jembatan wheatstone, didefinisikan sebagai rasio dari perubahan pada tegangan output dibandingkan dengan perubahan dari tahanan pada strain gage saat mengalami regangan.

Half bridge akan memiliki sensitivitas dua kali lipat dibandingkan dengan quarter bridge untuk pengukuran regangan yang sama, dan quarter bridge, full bridge, memiliki sensitivitas empat kali lipat dibanding quarter bridge untuk pengukuran regangan yang sama. Besarnya regangan yang dapat dihitung dari analisis menggunakan jembatan wheatstone dapat dirumuskan sebagai

      

n : Jumlah strain gage aktif ∆E : Beda tegangan output V : Tegangan input S : Strain gage factor Pada percobaan ini strain gage ditempel pada permukaan yang akan ditarik. Sebuah specimen yang memiliki luas penampang A dan panjang L diberi beban aksial F, maka tegangan aksial   dan regangan aksial   yang dialami oleh batang dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

 

   

 

dan

  

Selama suatu material masih berada dalam zona elastisnya, maka berlaku Hukum Hooke, yang dinyatakan sebagai

   Dengan E adalah modulus Young. E memberikan gambaran mengenai ukuran kekakuan suatu material.

3. Prosedur Praktikum 3.1. Alat dan Bahan 1. Signal conditioner (Kyowa tipe CDV 700A) 2. Box jembatan (dengan rangkaian quarter bridge) 3. Strain gage 4. Specimen 5. Komputer 6. Multimeter 7. Alat uji tarik berkapasitas 5kN (Lloyd Nexygen Plus)

3.2. Langkah Kerja 1. Ukur besar impedansi strain gage dengan menggunakan multimeter untuk memastikan strain gage masih dalam kondisi baik.Besaran impedansi yang digunakan adalah 120 0,3Ω, sesuai dengan yang tercantum pada spesifikasi desain strain gage yang ditunjukkan pada kemasan strain gage. Pastikan kabel strain gage belum terhubung ke bridge box.



2. Ukur dimensi specimen, yang terdiri dati ketebalan specimen (t), gage width (W), dan gage length (G). 3. Rangkai kabel strain gage pada bridge box dengan jenis quarter bridge. 4. Hidupkan mesin uji tarik, lalu pasang specimen yang sudah dilengkapi dengan strain gage. 5. Input data besaran gaya dan laju pertambahan panjang (extension rate) yang akan diberikan kepada specimen uji tarik dalam perangkat lunak (Nexygen) yang telah tersedia pada komputer. Besaran gaya yang dimasukkan adalah 2 kN, sedangkan laju pertambahan panjang 0,5 mm/min. Lalu input pula data dimensi specimen, sesuai dengan hasil pengukuran yang telah dilakukan pada poin 2.



6. Lakukan balancing rangkaian wheatstone bridge sehingga U=0 dengan menekan tombol autobalance di panel depan signal conditioner. Bila perlu lakukan fine tuning dengan memutar sekrup R shift dengan obeng kecil. 7. Lakukan pengujian dengan pencatatan data keluaran bridge untuk setiap kenaikan gaya 100 N. 8. Ubah data regangan yang merupakan keluaran pada signal conditioner berupa voltase menjadi µ  untuk diproses lebih lanjut ( ).







Untuk specimen uji tarik tanpa strain gage, berikut merupakan prosedur praktikum yang harus dilakukan antara lain: 1. Ukur dimensi specimen, yang terdiri dari ketebalan specimen (t), gage width (W), dan gage length (G). 2. Hidupkan mesin uji tarik, lalu pasang specimen pada mesin uji tarik.

3. Lakukan persiapan input data ke dalam perangkat lunak Nexygen yang telah tersedia pada komputer. Besaran gaya yang dimasukkan adalah 4 kN, sedangkan laju pertambahan panjang adalah 0,5 mm/min. Lalu input pula dimensi specimen sesuai dengan hasil pengukuran yang sudah dilakukan sebelumnya pada poin 1. 4. Lakukan pengujian sampai dengan specimen patah, lalu simpan data yang terekam pada data akuisisi.

4. Hasil dan Analisis Dimensi Spesimen Tebal,t (mm)

Spesimen 1

Spesimen 2

0,75

0,75

Lebar, W (mm)

12,55

12,55

Gage Length, G (mm) Luas Area, A (mm2)

76

76

9,375

9,375

1. Hasil Uji Tarik Spesimen dengan Menggunakan Strain Gage ( specimen tidak sampai patah) ΔV=Voltase yang terukur - 0.002; Voltase Awal= 0.002 Calibration

Regangan

Voltase x 10mV

Calibration x 1000με

Gaya (N) Voltase (μV)

Modulus Elastisitas E (Mpa)

Tegangan (MPa)

100

0.007

0.05

0.00005

10.67

213333.33

200

0.018

0.16

0.00016

21.33

133333.33

300

0.030

0.28

0.00028

32.00

114285.71

400

0.043

0.41

0.00041

42.67

104065.04

500

0.056

0.54

0.00054

53.33

98765.43

600

0.070

0.68

0.00068

64.00

94117.65

700

0.085

0.83

0.00083

74.67

89959.84

800

0.099

0.97

0.00097

85.33

87972.51

900

0.113

1.11

0.00111

96.00

86486.49

1000

0.127

1.25

0.00125

106.67

85333.33

1100

0.143

1.41

0.00141

117.33

83215.13

1200

0.156

1.54

0.00154

128.00

83116.88

1300

0.170

1.68

0.00168

138.67

82539.68

1400

0.185

1.83

0.00183

149.33

81602.91

1500

0.200

1.98

0.00198

160.00

80808.08

1600

0.215

2.13

0.00213

170.67

80125.20

1700

0.230

2.28

0.00228

181.33

79532.16

1800

0.246

2.44

0.00244

192.00

78688.52

1900

0.260

2.58

0.00258

202.67

78552.97

2000

0.275

2.73

0.00273

213.33

78144.08

E

95698.91

E

95.69891

Kurva Stress-Strain 250

200

150

100

50

0

Modulus Elastisitas : 95.7 ± 0.4 GPa 2. Hasil Uji Tarik Spesimen tanpa Menggunakan Strain Gage ( sampai specimen patah)

Load (N)

Extension(mm)

Regangan

Stress (Mpa)

E(Mpa)

167.51

0.1369

0.00018

17.86773333

99192.67592

409.19

0.31234

0.00041

43.64693333

106203.7182

632.03

0.48638

0.00064

67.41653333

105342.6649

871.67

0.66269

0.00087

92.97813333

106631.1267

1101.2

0.83707

0.00110

117.4613333

106646.5329

1334.1

1.0133

0.00133

142.304

106731.5109

1559.3

1.1865

0.00156

166.3253333

106537.9295

1786.9

1.3656

0.00180

190.6026667

106076.4694

2000.1

1.5389

0.00202

213.344

105361.9079

2218

1.7155

0.00226

236.5866667

104812.5134

2429.8

1.8893

0.00249

259.1786667

104258.6072

2633.4

2.0659

0.00272

280.896

103335.5729

2827.2

2.2411

0.00295

301.568

102267.4936

3005.7

2.4166

0.00318

320.608

100828.4698

3168.9

2.5888

0.00341

338.016

99232.13844

3305

2.7643

0.00364

352.5333333

96923.3923

3415.7

2.9406

0.00387

364.3413333

94164.25673

3499.3

3.1201

0.00411

373.2586667

90919.06883

3554.1

3.3019

0.00434

379.104

87258.56022

3609.4

3.4809

0.00458

385.0026667

84059.30267

3654.9

3.6572

0.00481

389.856

81015.68413

3716.9

3.8449

0.00506

396.4693333

78367.8882

3747.7

4.0122

0.00528

399.7546667

75722.43325

3788.7

4.1917

0.00552

404.128

73272.72467

3826.3

4.3652

0.00574

408.1386667

71058.68841

3858.6

4.5428

0.00598

411.584

68857.05732

3895.7

4.7179

0.00621

415.5413333

66938.97991

3926.5

4.8943

0.00644

418.8266667

65036.52548

3962.4

5.0734

0.00668

422.656

63314.25868

3988.6

5.2497

0.00691

425.4506667

61592.56846

4029.7

5.4282

0.00714

429.8346667

60180.97098

4063.8

5.6081

0.00738

433.472

58743.37476

4092.8

5.7881

0.00762

436.5653333

57322.72306

4110.2

5.9599

0.00784

438.4213333

55907.0141

4153.9

6.1426

0.00808

443.0826667

54820.89452

4183.9

6.3191

0.00831

446.2826667

53674.54648

4196.7

6.4941

0.00854

447.648

52387.93366

4224.4

6.6704

0.00878

450.6026667

51339.95363

4252.5

6.8483

0.00901

453.6

50338.91623

4280.3

7.0261

0.00924

456.5653333

49385.81195

4307.2

7.2126

0.00949

459.4346667

48411.16195

4319.8

7.3844

0.00972

460.7786667

47423.18762

4355.7

7.566

0.00996

464.608

46669.58499

4384

7.7497

0.01020

467.6266667

45859.358

4401.3

7.9238

0.01043

469.472

45028.73874

4434.5

8.1075

0.01067

473.0133333

44340.44198

4435.4

8.2722

0.01088

473.1093333

43466.44101

4458.5

8.4527

0.01112

475.5733333

42759.79667

4476.5

8.6308

0.01136

477.4933333

42046.50013

4485.6

8.8027

0.01158

478.464

41309.21649

4501.9

8.9827

0.01182

480.2026667

40628.5445

4537.9

9.1688

0.01206

484.0426667

40122.19992

4542.6

9.3419

0.01229

484.544

4554.2

9.5161

0.01252

485.7813333

4573.8

9.6971

0.01276

487.872

4585.7

9.8738

0.01299

489.1413333

4603.4

10.054

0.01323

491.0293333

4610.8

10.226

0.01346

491.8186667

4621

10.404

0.01369

492.9066667

4636.8

10.587

0.01393

494.592

4651.5

10.771

0.01417

496.16

4655.4

10.938

0.01439

496.576

4689.2

11.132

0.01465

500.1813333

4682.7

11.299

0.01487

499.488

4709.9

11.485

0.01511

502.3893333

4717.9

11.669

0.01535

503.2426667

4715.9

11.833

0.01557

503.0293333

4732.4

12.013

0.01581

504.7893333

4728.2

12.184

0.01603

504.3413333

4743.6

12.367

0.01627

505.984

4746.7

12.542

0.01650

506.3146667

4762.2

12.721

0.01674

507.968

4768.6

12.902

0.01698

508.6506667

4773.3

13.078

0.01721

509.152

4796.6

13.262

0.01745

511.6373333

4795.4

13.438

0.01768

511.5093333

4796.3

13.613

0.01791

511.6053333

4793.6

13.787

0.01814

511.3173333

4807.7

13.972

0.01838

512.8213333

4803.8

14.149

0.01862

512.4053333

4813.4

14.339

0.01887

513.4293333

4806.4

14.499

0.01908

512.6826667

4816.2

14.688

0.01933

513.728

4825

14.863

0.01956

514.6666667

4813.1

15.039

0.01979

513.3973333

4735.2

15.216

0.02002

505.088

-19.708

15.457

0.02034

-2.102186667

-19.26

15.633

0.02057

-2.0544

-12.56

15.812

0.02081

-1.339733333

-12.512

15.992

0.02104

-1.334613333

-12.465

16.168

0.02127

-1.3296

-12.418

16.348

0.02151

-1.324586667

-12.443

16.523

0.02174

-1.327253333

-12.238

16.704

0.02198

-1.305386667

-12.374

16.881

0.02221

-1.319893333

-12.588

17.059

0.02245

-1.34272

-12.397

17.233

0.02268

-1.322346667

-12.398

17.414

0.02291

-1.322453333

-12.463

17.59

0.02314

-1.329386667 E

72964.00062

E

72.33108635

Tanpa Strain gauge 600.00000 500.00000 400.00000    e     l    t 300.00000    i    T    s    i    x 200.00000    A

100.00000 0.00000 -100.00000

Modulus Elastisitas : 72.33 ± 0.5 GPa yield strength material, yaitu = ± 385Mpa Ultimate strength = 510 MPa.

3. Uji Tarik Spesimen Menurut Literatur mechanical properties dari material Al 2043 T3 :

Mechanical Properties

Ultimate Tensile Strength

483 MPa

Tensile Yield Strength

345 MPa

Modulus of Elasticity

73.1 GPa

Stress - Strain 400 350 300 250 200 Dari Literatur

150 100 50 0 0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

4. Perbandingan Uji Tarik Spesimen Tanpa Strain Gage, dengan Strain Gage, dan Menurut Literatur

Kurva Stress-Strain 700 600 500 400 300 200 100 0 -100

5. Analisis Ketidakpastian Dimensi Spesimen Tebal,t (mm)

Spesimen 1

Spesimen 2

0,75

0,75

Lebar, W (mm)

12,55

12,55

Gage Length, G (mm) Luas Area, A (mm2)

76

76

9,375

9,375

UG = UW

0,00522015

UA

0,00048892

UF

0,00529845

Urm

0,00532096

Modulus Elastisitas

E (Gpa)

Ketidakpastian

Strain Gage

95.7

0,4

Tanpa Strain Gage

72.3

0,5

Literatur

73.1

0,4

Dari data yang diperoleh, hasil pengukuran modulus elastisitas tanpa strain gauge, dengan strain gauge dan menurut referensi memiliki nilai yang berbeda. Hasil pengukuran dengan strain gauge menhasilkan modulus elastisitas 95.7 GPa, tanpa strain gauge 72.3 GPa, dan menurut literature 73.1 GPa. Perbedaan hasil pengukuran dapat disebabkan oleh beberapa faktor, diantaranya kesalahan dalam pembacaan alat ukur, alat ukur yang belum di kalibrasi dan kurangnya asumsi. Spesimen yang digunakan berbeda-beda dan satu dengan yang lain dapat lebih getas atau ulet tergantung proses produksi specimen tersebut, yang mana tidak diketahui oleh peserta praktikum. Juga dapat dipengaruhi oleh suhu, dan metode penyimpanan specimen.

5. Jawaban Pertanyaan 1.

Turunkan persamaan perubahan tegangan (3) dari rangkaian wheatstone. Sebuah rangkaian jembatan wheatstone memiliki 4 buah resistor yaitu R1, R2, R3, R4. Tahanan R1 dan R2 dirangkai seri antara titik A dan C serta R 3 dan R4 yang juga dirangkai seri antara titik A dan C, kemudian dirangkai lagi secara parallel. Antara titik A dan C diberi medan tegangan arus searah sebesar V, sedangkan keluaran jembatan dinyatakan sebagai beda tegangan ( E) antara titik B dan D. Pada saat tahanan (strain gage) mengalami perubahan panjang, antara titik B dan D akan terjadi hukum Kirchoff



       (      )  

2.

Terangkan prinsip kerja strain gage dan jelaskan kelebihan pemasangan strain gage di rangkaian half-bridge dibandingkan quarter-bridge. Strain gage merupakan sebuah sensor regangan yang terdiri dari kawat-kawat halus yang ditempel pada specimen yang akan diukur regangannya. Ketika suatu benda uji (specimen) yang telah di pasangi strain gauge mengalami tegangan, maka akan meregang dan regangannya dialirkan melalui alas gauge (isolatif) pada foil atau penghantar resistif di dalam  gauge tersebut. Hasilnya adalah foil atau penghantar halus tadi akan mengalami perubahan nilai resistansinya. Perubahan resistansi ini berbanding lurus terhadap besarnya regangan. Kelebihan pemasangan strain gauge di rangkaian half-bridge dan quarter-bridge adalah: Rangkaian half bridge memiliki sensitivitas 2 kali lebih besar dibandingkan quarter-bridge untuk pengukuran regangan yang sama.

6. Referensi [1] ASTM E8/E8M-09, Standard Test Method for Tensile Testing for Metallic Materials. [2] ILAC COMMITTEE 2 (1994). Committee Papers Suplement Appendix 2.5 Annex H. Hong Kong