J3009 Unit 3

J3009 Unit 3

• 1.
  DAYA – DAYAPADA BAHAN J3009/ 3/ 1 UNIT 3 DAYA – DAYA PADA BAHAN OBJEKTIF Objektif am : Mengetahui hubungkait antara tegasan dan keterikan satah 1 dimensi Objektif Khusus : Di akhir unit ini, pelajar akan dapat :-  Mengenali jenis – jenis tegasan.  Mengetahui kegunaan Faktor Keselamatan.  Menyelesaikan masalah melibatkan terikan dan tegasan
• 2.
  DAYA – DAYAPADA BAHAN J3009/ 3/ 2 3.0 PENGENALAN Tegasan merupakan tindakbalas bahan terhadap daya yang dikenakan kepada bahan tersebut. Oleh yang demikian, dalam merekabentuk sesuatu produk, kita perlu memikirkan apakah bahan tersebut dapat menampung beban serta tegasan yang dikenakan. Jika tegasan yang wujud tidak dapat mengatasi nilai beban atau daya yang dikenakan, produk tersebut akan mengalami kegagalan. Contohnya kipas yang digantung didalam sebuah bilik. Jika nilai tegasan yang wujud rendah serta tidak dapat mengatasi nilai beban serta daya tarikan graviti, kipas tersebut akan mengalami kegagalan. 3.1 TEGASAN KERJA Tegasan kerja ialah tegasan tertinggi yang dibenarkan dalam sesebuah komponen / anggota/ rasuk bagi membolehkan bahan tersebut bertindakbalas dengan daya yang dikenakan. 3.2 TEGASAN BUKTI Bagi bahan seperti aluminium dan kuprum dimana graf yang diperolehi dari ujian tegangan tidak dapat menunjukkan dengan jelas had anjal, had perkadaran atau takat alah tegasan bukti perlu lah diperolehi (rajah 3.1) tegasan bukti tegasan kerja = faktor keselamata n tegasan bukti = tegasan kerja x faktor keselamatan
• 3.
  DAYA – DAYAPADA BAHAN J3009/ 3/ 3   bukti 0.1%  Rajah 3.1: Graf Tegasan Melawan Keterikan 3.3 FAKTOR KESELAMATAN Faktor keselamatan ditakrifkan sebagai nisbah antara beban maksimum dengan beban kerja atau tegasan muktamad dengan tegasan kerja Tegasan muktamad F.K. = Tegasan kerja Nilai faktor keselamatan yang digunakan bergantung kepada faktor-faktor berikut:- i) kemungkinan berlaku beban berlebihan ii) jenis beban yang digunakan – statik, hentaman, dinamik atau ulangalik iii) kemungkinan ada kecacatan dalam bahan yang digunakan iv) untuk tujuan khusus atau akibat kegagalan Faktor keselamatan yang tinggi perlu digunakan dalam pembinaan kapalterbang atau jambatan kerana ia membawa risiko yang tinggi .
• 4.
  DAYA – DAYAPADA BAHAN J3009/ 3/ 4 Jadual 3.1: menunjukkan nilai faktor keselamatan yang biasa digunakan. Bahan Beban Statik Beban Hentaman Keluli lembut 3-4 12 Besi tuang 3–4 15 Aloi rapuh 4–5 15 Aloi mulur 4-5 12 Jika anda mengutamakan keselamatan, pastikan anda tahu nilai faktor keselamatan yang sesuai untuk merekabentuk sesuatu produk atau objek!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 3.4 TENAGA KETERIKAN Tenaga keterikan ditakrifkan sebagai kerja yang dilakukan oleh satu beban / daya ke atas sesebuah komponen untuk menghasilkan terikan dalam komponen tersebut. Beban P A tenaga keterikan 0 B Pemanjangan Rajah 3.2: Graf Beban Melawan Pemanjangan
• 5.
  DAYA – DAYAPADA BAHAN J3009/ 3/ 5 merujuk kepada Rajah 3.2, iaitu luas dibawah graf bagi graf beban melawan pemanjangan luas OAB ialah tenaga keterikan ia itu, U = 1 / 2 PL. Jika luas muka keratan rentas ialah A dan panjang bar ialah L, maka:- P L tegasan dalam bar,  = atau P=A dan  =  A E 1 L jadi, U= A x  2 E AL = 2 2E 2 (V) = (kerana isipadu, V = AL) 2E U 2 Formula ini juga boleh ditulis sebagai  unitnya ialah Joule V 2E Contoh 3.1 Sebatang bar di kenakan daya seperti dalam Rajah C3.1. Kirakan tenaga keterikan yang tersimpan didalam bar ini. Diberi E = 200 GN/m2. 150 kN d = 30 mm 150 kN 600 mm Rajah C3.1: Bar Yang Dikenakan Daya Tegangan
• 6.
  DAYA – DAYAPADA BAHAN J3009/ 3/ 6 Penyelesaian 1 Tenaga keterikan, U  PL 2 Kita tahu; PL L  AE P 2L U 2 AE (150 x 103 ) 2 x 600 x 10-3 U  (30 x 10-3 ) 2 2x x 200 x 109 4  47.74 J 3.5 NISBAH POISSON Nisbah Poisson ialah nisbah antara terikan sisi dengan terikan membujur yang dihasilkan oleh tegasan tunggal. y x P P Rajah 3.3: Bar Yang Dikenakan Daya Tegangan perubahan panjang L keterikan membujur ,  x = = panjang asal L perubahan diameter d keterikan sisi,  y =  diameter asal d
• 7.
  DAYA – DAYAPADA BAHAN J3009/ 3/ 7 tanda – ve adalah menunjukkan pengecilan. Pada kebiasaannya, pengecilan hanya ditemui pada keterikan sisi. keterikan sisi Nisbah Poisson,  = keterikan membujur Bagi kebanyakan bahan kejuruteraan, nilai  ialah antara 0.25 hingga 0.33 Kita mengetahui,  x  = E Oleh itu, ε y  νεx νσ  E 3.6 TEGASAN RICIH Sekiranya lapisan itu mengalami tindakan daya yang selari dengan arah daya ricih, maka lapisan itu akan mengalami kegelinciran dari lapisan yang di sebelahnya. P P P P (a) (b) P P P (c) (d) Rajah 3. 4: Rivet Yang Mengalami Ricihan
• 8.
  DAYA – DAYAPADA BAHAN J3009/ 3/ 8 Rajah 3.4 (a) menunjukkan dua keping plat yang disambungkan dengan menggunakan satu ribet. Jika diperhatikan daya dikenakan pada plat, daya-daya tersebut bertindak pada arah yang bertentangan. Daya-daya itu seterusnya dipindahkan ke ribet seperti yang ditunjukkan pada rajah 3.4 (b). Jika sekiranya daya P terlalu tinggi dimana seterusnya akan menyebabkan kegagalan berlaku pada ribet, bentuk kegagalan seperti ini dikenali sebagai ricih iaitu anggota yang gagal itu bergelongsor diantara satu sama lain. Jika satu keratan rentas dibuat pada ribet, daya dalam ditunjukkan seperti rajah 3.4(d). Daya dalam seperti ini dinamakan daya ricih. Tegasan yang diperolehi dari daya ricih ini dikenali sebagai tegasan ricih dan boleh diperolehi seperti berikut :- Daya  Daya ricih yang berlaku tegasan ricih,  =  Luas kawasan di mana daya ricih Luas tersebut bertindak V = A P  Lw keterikan ricih ,  = sudut anjakan (dalam radian) yang terhasil oleh tegasan ricih. modulus ketegaran, G =  /  P w P P P P P L (e) (f) Rajah 3.4: Ricih Berganda
• 9.
  DAYA – DAYAPADA BAHAN J3009/ 3/ 9 Bagi ricih berganda, V P/2   2 A d / 4 sementara bagi plat yang bertindih, dimana tiga keping plat segiempat dilekatkan seperti Rajah 3.4 ( f ), tegasan ricih yang berlaku ialah: V P/2   A Lw Contoh 3.2 Rajah C3.2 menunjukkan satu penebuk berdiameter 19 mm digunakan untuk menghasilkan satu lubang pada plat setebal 6 mm. Dengan daya sebanyak 116 kN dikenakan pada penebuk, tentukan tegasan ricih yang berlaku di dalam plat. P = 116 kN penebuk Plat 6 mm D = 19 mm Rajah C3.2: Alat Penebuk Penyelesaian: Daya V  = = Luas A
• 10.
  DAYA – DAYAPADA BAHAN J3009/ 3/ 10 116 x 103   x 0.019 x 0.006  324 MN/m2 Contoh 3.3 Tiga plat disambungkan dengan menggunakan dua ribet seperti pada Rajah C3.3. Jika tegasan ricih  = 40 N/mm2. Kirakan diameter ribet yang sesuai. 5 kN 5 kN 5 kN Rajah C3.3: Tiga Plat Yang Disambung Dengan Menggunakan Rivet Penyelesaian. Daripada formula tegasan ricih, Daya V  = = Luas A 5x103 2 x 40  d2 2 4 5x103 x 4 d 2 x 2 x 40 x d  6.3mm
• 11.
  DAYA – DAYAPADA BAHAN J3009/ 3/ 11 3.7 TERIKAN RICIH Perhatikan satu blok segiempat tepat yang mengalami tegsan ricih seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3.5. Akibat daripada tindakan tegasan ricih, blok tersebut tidak memanjang atau memendek tetapi perubahan bentuk yang berlaku ke atas blok ialah dari segi perubahan sudut seperti yang ditunjukkan oleh garisan putus-putus di dalam rajah berkenaan. Sudut kecil , yang menentukan nilai ubah bentuk berkenaan dikenali sebagai terikan ricih. Terikan ricih dinyatakan dalam radian. Bagi sudut  yang kecil; x   terikan ricih L x V L  Rajah 3.5: Blok Segiempat Tepat Yang Mengalami Tegasan Ricih 3.8 MODULUS KETEGARAN Sekiranya tegasan ricih,  dinisbahkan dengan terikan ricih,  maka Modulus Ketegaran G akan diperolehi. Oleh itu:- Inilah formula  Nisbah Ketegaran G = 
• 12.
  DAYA – DAYAPADA BAHAN J3009/ 3/ 12 AKTIVITI 3 UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN INPUT SELANJUTNYA. SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUMBALAS DIHALAMAN BERIKUTNYA. 3.1 Formula untuk tegasan bukti ialah:- keterikan sisi a) keterikan membujur Tegasan muktamad b) Tegasan kerja c) tegasan kerja x faktor keselamatan U 2 d)  V 2E 3.2 Formula untuk tenaga keterikan ialah:- U 2 a)  V 2E L b)  E L c) L  d) E 3.3 Terangkan mengapa Faktor Keselamatan amat penting dalam kehidupan seharian kita.
• 13.
  DAYA – DAYAPADA BAHAN J3009/ 3/ 13 3.4 Satu tiub aluminium diikat dengan teguh diantara rod gangsa dan rod keluli seperti Rajah 3.1 dibawah. Beban paksi dikenakan pada beberapa titik seperti yang ditunjukkan. Kirakan nilai tegasan di dalam tiap-tiap bahan. ( semua ukuran dalam mm ) Gangsa Aluminium Keluli 5 kN 6 kN 14 kN 3 kN  = 20  = 15  = 18  = 10 mm Rajah 3.1: Rod Dan Tiub Yang Disambung Secara Siri 3.5 Satu rod keluli dimasukkan kedalam tiub tembaga seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3.2. Bar keluli dan tembaga ini disambungkan dengan menggunakan satu bolt yang berdiameter 10 mm. Jika sekiranya daya tegangan 10 kN dikenakan pada bar, kira tegasan dalam bolt. Tiub tembaga Bar keluli 10 kN Rajah 3. 2: Bolt yang digunakan untuk menyambungkan tiub tembaga dan bar keluli
• 14.
  DAYA – DAYAPADA BAHAN J3009/ 3/ 14 MAKLUM BALAS 3 TAHNIAH KERANA ANDA TELAH MENCUBA.!!!!!!!!! Jawapan. 3.1 c) 3.2 a) 3.3 Faktor keselamatan yang tinggi perlu digunakan dalam pembinaan kapalterbang atau jambatan kerana ia membawa risiko yang tinggi . 3.4 Dapatkan luas keratan rentas bagi setiap bar.  (0.02)2 Luas keratan rentas bar gangsa, AG =  3.14 x 10- 4 m2 4  (0.015 - 0.010)2 Luas keratan rentas tiub aluminium, AA =  9.82 x 10-5 m2 4  (0.018)2 Luas keratan rentas bar keluli, AK =  2.54 x 10- 4 m 2 4 Daya dalam bar gangsa, PG = 5 kN (tegangan) Daya dalam tiub aluminium, PA = 11 kN (tegangan) Daya dalam bar keluli, PK = 3 kN (mampatan) PG 5 x 103 Tegasan normal dalam bar gangsa, G    15.9 MN/m2 AG 3.14 x 10- 4 P 11 x 103 Tegasan normal dalam tiub aluminium, A  A   112 MN/m2 AA 9.82 x 10- 4
• 15.
  DAYA – DAYAPADA BAHAN J3009/ 3/ 15 PK 3 x 103 Tegasan normal dalam bar keluli, K    11.8 MN/m2 AK 2.54 x 10- 4  (0.01)2 3.5 Luas keratan rentas bolt, Abolt =  7.85 x 10-5 m2 4 10 x 103 Tegasan ricih dalam bolt,   -5  63.7 MN/m2 2 x 7.85 x 10
• 16.
  DAYA – DAYAPADA BAHAN J3009/ 3/ 16 PENILAIAN KENDIRI Anda telah menghampiri kejayaan. Sila cuba soalan dalam penilaian kendiri ini dan semak jawapan anda dari pensyarah modul anda. Selamat mencuba dan semoga berjaya !!!!!!!!!!!!! 1. Satu rod keluli diletakkan di antara rod aluminium dan gangsa dan dikenakan daya seperti dalam Rajah 1 dibawah. Cari nilai daya maksimum P jika tegasan tidak boleh melebihi 80 MN/m2 dalam aluminium, 150 MN/m2 dalam keluli dan 100 MN/m2 dalam gangsa. 600 mm2 400 mm2 200 mm2 3P 2P P Rajah 1: Rod Sambungan Siri Yang Dikenakan Daya 2. Satu bar bulat dikenakan daya tegangan sebanyak 150 kN seperti Rajah 2. Bahagian A dan C adalah sama panjang dan mempunyai garispusat 50 mm. Cari diameter dan panjang bahagian B jika tegasan pada bahagian ini tidak melebihi 215 MN/m2 dan pemanjangan jumlah bar bar ABC ialah 0.2 mm. Diberi nilai E = 200 GN/m2 150 kN A B C 150 kN 0.25 m Rajah 2: Rod Sambungan Siri Yang Dikenakan Daya Tegangan
• 17.
  DAYA – DAYAPADA BAHAN J3009/ 3/ 17 3. Satu bar tembaga dengan keratan rentas 1200 mm2 dipasang di dalam tiub aluminium yang berkeratan rentas 1800 mm2 seperti ditunjukkan dalam Rajah 3. Cari nilai beban maksimum P yang boleh dikenakan jika tegasan maksimum yang boleh dibenarkan didalam tembaga ialah 140 MN/m2 dan aluminium ialah 170 MN/m2. Diberi ETembaga = 120 GN/m2 dan EAluminium = 70 GN/m2 P 0.13 mm Tiub Aluminium Tembaga 250 mm Rajah 3: BarTembaga dan tiub aluminium yang dikenakan beban mampatan 4. Dua rod tembaga dan satu rod keluli sama-sama menyokong beban seperti ditunjukkan dalam Rajah 4. Cari nilai P. Tembaga Keluli 2 Luas keratan rentas tiap-tiao rod, A (mm ) 900 1200 Modulus kekenyalan, E (GN/m2) 120 200 Panjang, L (mm) 160 240 Tegasan maksimum yang dibenarkan, maks (MN/m2) 70 140 BEBAN (P) TEMBAGA TEMBAGA 250 mm KELULI 50 mm Rajah 4: Rod Tembaga Dan Keluli Yang Dikenakan Beban Mampatan
• 18.
  DAYA – DAYAPADA BAHAN J3009/ 3/ 18 MAKLUM BALAS KENDIRI Adakah anda telah mencuba ? Jika “Ya”, sila semak jawapan anda. 1. P = 15 kN 2. Diameter B = 29.8 mm Panjang B = 150.7 mm 3. P = 250 kN 4. P = 218.8 kN