Kurva Tegangan-Regangan

Kurva tegangan-regangan menunjukkan bagaimana suatu material mengalami deformasi saat beban meningkat, biasanya selama uji tarik. Kurva ini membantu Anda membaca empat hal dengan cepat: kekakuan, kapan deformasi permanen mulai terjadi, tegangan rekayasa maksimum yang dicapai, dan bagaimana material mendekati patah.

Dalam versi grafik rekayasa yang umum, sumbu vertikal adalah tegangan dan sumbu horizontal adalah regangan:

$$\sigma = \frac{F}{A_0}$$

dan

$$\epsilon = \frac{\Delta L}{L_0}$$

dengan $\sigma$ adalah tegangan rekayasa, $\epsilon$ adalah regangan rekayasa, $F$ adalah gaya yang diberikan, $A_0$ adalah luas penampang awal, $\Delta L$ adalah perubahan panjang, dan $L_0$ adalah panjang awal. Kata "rekayasa" penting karena rumus-rumus ini menggunakan dimensi awal spesimen.

Cara Membaca Kurva Tegangan-Regangan

Bagian pertama kurva sering kali mendekati garis lurus. Di daerah elastis linear itu, material akan kembali kira-kira ke bentuk semula jika bebannya dilepas. Kemiringan bagian lurus tersebut adalah modulus Young:

$$E = \frac{\Delta \sigma}{\Delta \epsilon}$$

Jika garis melewati dekat titik asal, maka pada suatu titik di dalam daerah itu Anda juga dapat menggunakan $E \approx \sigma / \epsilon$. Syarat ini penting: begitu kurva mulai melengkung secara nyata, jalan pintas itu tidak lagi memberikan modulus Young.

Setelah bagian elastis, banyak material mencapai luluh dan masuk ke daerah plastis. Di daerah itu, pelepasan beban akan meninggalkan deformasi permanen. Untuk material ulet yang umum di bawah tarik, tegangan rekayasa dapat terus naik hingga maksimum yang disebut kekuatan tarik ultimit, lalu turun saat necking berkembang sebelum patah.

Tidak semua material menunjukkan bentuk yang sama. Material getas dapat patah setelah deformasi plastis yang sangat kecil, dan beberapa material tidak memiliki titik luluh yang tajam dan jelas.

Contoh Soal: Daerah Elastis, Luluh, dan Tegangan Puncak

Misalkan sebuah spesimen berada pada bagian linear dari kurva tegangan-regangannya di titik

$$\epsilon = 0.0015,\qquad \sigma = 300\ \mathrm{MPa}$$

Karena titik ini berada di daerah elastis linear, Anda dapat memperkirakan modulus Young dari kemiringannya. Jika bagian lurus grafik melewati dekat titik asal, maka di sini

$$E = \frac{\sigma}{\epsilon} = \frac{300\ \mathrm{MPa}}{0.0015} = 200{,}000\ \mathrm{MPa} = 200\ \mathrm{GPa}$$

Sekarang misalkan kurva yang sama mulai menunjukkan deformasi permanen pada sekitar $350\ \mathrm{MPa}$ dan mencapai tegangan rekayasa maksimum sebesar $480\ \mathrm{MPa}$ sebelum tegangan rekayasa mulai turun.

Itu memberi Anda pembacaan praktis terhadap kurva:

• Titik pada $300\ \mathrm{MPa}$ masih berada dalam daerah elastis.
• Di sekitar $350\ \mathrm{MPa}$, luluh mulai terjadi, sehingga pelepasan beban setelah itu akan meninggalkan regangan permanen.
• Puncak di dekat $480\ \mathrm{MPa}$ adalah kekuatan tarik ultimit untuk kurva rekayasa, belum tentu titik patah.
• Bagian yang menurun setelah puncak tidak berarti sampel sedang pulih. Dalam uji tarik material ulet, hal itu biasanya mencerminkan necking sementara tegangan rekayasa masih dihitung dengan luas awal.

Satu grafik sekarang memberi tahu Anda baik kekakuan maupun kekuatan, itulah sebabnya kurva tegangan-regangan lebih berguna daripada satu angka gaya patah saja.

Kesalahan Umum Saat Membaca Kurva

• Menganggap kurva tegangan-regangan sama dengan grafik gaya-pertambahan panjang.
• Menggunakan data dari daerah yang melengkung untuk menghitung modulus Young.
• Menganggap setiap material memiliki titik luluh yang jelas dan tajam.
• Lupa apakah grafik menggunakan tegangan-regangan rekayasa atau tegangan-regangan sejati.
• Mengira titik tertinggi pada kurva rekayasa otomatis merupakan tempat terjadinya patah.

Di Mana Kurva Tegangan-Regangan Digunakan

Kurva tegangan-regangan digunakan dalam pengujian material, perancangan struktur, manufaktur, dan analisis kegagalan. Kurva ini membantu insinyur membandingkan kekakuan, kekuatan, keuletan, dan ketangguhan saat memilih material untuk suatu pekerjaan.

Kurva ini juga penting dalam fisika dan mata kuliah teknik dasar karena menghubungkan gaya, luas, deformasi, elastisitas, dan perubahan permanen dalam satu gambar.

Coba Soal Serupa

Cobalah versi Anda sendiri dengan satu titik dari daerah elastis linear dan perkirakan $E$. Lalu bandingkan dengan titik setelah luluh dan lihat mengapa jalan pintas yang sama tidak lagi berlaku ketika grafik tidak lagi linear.