Mekanika Bahan

Tegangan Geser

Definisi gaya geser

Jika suatu bidang melewati suatu benda, maka gaya yang bekerja disepanjang bidang tersebut disebut gaya geser atau gaya gesek (shearing force). Gaya ini kita simbolkan dengn F_s.

Definisi tegangan geser.

Gaya gesek, dibagi dengan luasan A dimana gaya bekerja disebut tegangan geser (shearing stress). Disimbolkan dengan τ. Dengan demikian,

                                                                                                                 (4.1)

Perbandingan tegangan geser dan tegangan normal

Kita misalkan suatu suatu potongan batang dengan bidang a-a tegaklurus pada sumbunya, seperti Gb. 4-1. Tegangan normal σ adalah tegaklurus bidang a-a. Ini adalah tegangan yang kita pakai dalam diskusi-diskusi pada bab 1, 2, dan 3.

Tegangan geser bekerja disepanjang atau sejajar bidang, yang ditunjukkan dengan simbol τ. Dengan demikian perbedaan antara tegangan geser dan tegangan normal adalah didasarkan pada arahnya.

 Asumsi

Adalah penting untuk membuat asumsi-asumsi berkenaan dengan distribusi tegangan geser. Dalam hal ini, pertama yang harus kita asumsikan adalah bahwa tegangan geser, yang akan kita diskusikan pada bab ini, adalah seragam. Dengan demikian, pernyataan τ = F_s/A mengindikasikan tegangan geser rata-rata pada seluruh luasan bidang.

Perubahan bentuk karena tegangan geser

Kita perhatikan suatu elemen bidang empat persegi panjang yang dipotong dari suatu benda padat dimana gaya-gaya yang bekerja pada elemen diketahui sebagai tegangan geser τ pada arah-arah yang ditunjukkan Gb. 4-2(a).

Permukaan elemen yang sejajar dengan bidang kertas diasumsikan tanpa pembebanan. Karena tidak ada tegangan normal yang bekerja pada elemen, panjang sisi samping empat persegi panjang awal tidak mengalami perubahan ketika tegangan geser diasumsikan bernilai τ. Namun demikian, akan terjadi distorsi pada sudut kanan dari elemen, dan setelah distorsi karena tegangan geser ini maka diasumsikan elemen mempunyai konfigurasi bentuk seperti ditunjukkan dengan garis-putus-putus pada Gb. 4-2(b).

Regangan geser

Perubahan sudut pada bagian pojok elemen empat persegi panjang awal disebut sebagai regangan geser (shear strain). Sudut ini dinyatakan dengan radian dan dinotasikan dengan γ.

Modulus elastisitas geser

Rasio antara tegangan geser τ terhadap regangan geser γ disebut modulus elastisitas geser dan biasanya dinotasikan dengan G. Jadi

                 

G juga dikenal sebagai modulus kekakuan (modulus of rigidity).

Satuan untuk G adalah sama dengan satuan tegangan geser, yaitu N/m², karena regangan geser tidak bersatuan. Percobaan penentuan G dan daerah aksi linier dari τ dan γ akan didiskusikan pada bab 5. Diagram tegangan regangan untuk berbagai bahan dapat digambar untuk pembebanan geser, dengan cara yang sama seperti pada pembebanan normal (bab 1). Secara umum diagramnya mempunyai penampilan yang mirip, hanya tentu saja berbeda dalam besaran nilainya.

Sambungan las

Disamping teknik pengelasan dengan gas dan listrik yang sudah kita kenal, pada dasawarsa terakhir telah banyak dipakai, khususnya pada industri otomotif, metode pengelasan yang cukup berbeda yaitu pengelasan dengan elektron (electron beam welding) dan pengelasan dengan laser (laser beam welding).

Pengelasan elektron

Pada pengelasan dengan elektron (EBW, electron beam welding), perpaduan atau penggabungan logam dicapai dengan memfokuskan suatu batang dengan tegangan elektron tinggi pada permukaan logam yang akan disambung. Batang elektron mempunyai kerapatan energi yang sangat tinggi sedemikian sehingga mampu menghasilkan pengelasan yang dalam dan sempit. Pengelasan cara ini dapat menghasilkan pengelasan yang akurat, cepat dengan distorsi yang relatif kecil pada batang yang disambung daripada pengelasan dengan gas atau listrik. Kelemahan EBW adalah bahwa permukaan logam yang akan disambung harus benar-benar presisi, dan untuk kasus tertentu pengelasan harus dilakukan pada kondisi vakum.

Pengelasan laser

Pada pengelasan dengan laser (LBW, laser beam welding), penggabungan bahan dilakukan dengan memanfaatkan sumber energi optik yang difokuskan pada spot yang sangat kecil, diameter lingkaran antara 100 sampai 1000 μm. Istilah laser merupakan singkatan dari light amplification by stimulated emission of radiation. Kerapatan energi sekitar 10⁵ watt/cm² membuat sinar laser mampu mecairkan logam. Laser dapat menghasilkan pengelasan dengan kualitas tinggi, tetapi mempunyai resiko yang juga sangat tinggi yaitu kemungkinan kerusakan pada mata operator.

Contoh 1.

Suatu sambungan dengan baut ditunjukan pada gambar dibawah. Besarnya gaya tarik P adalah 30 kN dan diameter baut adalah 10 mm. Tentukan nilai rata-rata tegangan geser yang terjari pada bidang a-a atau b-b.

Pertama kita asumsikan bahwa gaya P terbagi secara sama pada permukaan a-a dan b-b. Dengan demikian gaya yang bekerja pada bidang a-a atau b-b adalah 1/2(30 x 10³) = 15 x 10³ N, dan bekerja pada luasan sebesar 1/4(π)(10)² = 78.6 mm².

Dengan demikian tegangan geser yang bekerja pada bidang a-a atau b-b adalah:

                       

Contoh 2.

Suatu plat titanium campuran dengan tebal 1/16 in, lebar 1.75 in disambungkan dengan pengelasan laser dengan sudut pengelasan 45° seperti gambar dibawah. Pengelasan dilakukan dengan menggunakan sistem laser karbon-dioksida 100 kW. Jika tegangan geser titanium campuran adalah 65,000 lb/in² dan sambungan diasumsikan mempunyai efisiensi 100%, tentukan gaya P yang dapat diberikan.

	Mau materi kuliah mekanika bahan yang lebih lengkap? silahkan download materinya dengan Klik DISINI