MAKALAH

MEKANIKA KEKUATAN MATERIAL

Oleh :

Muhammad Luthfi

201454062

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MURIA KUDUS

TAHUN 2015/2016

i

PRAKATA

Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas Matakuliah Mekanika Kekuatan Material

pada Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muria Kudus. Makalah ini

dibuat dalam rangka memperdalam pengetahuan mengenai Mekanika Kekuatan Material.

Pembuatan makalah ini berdasar olah pikir penulis serta didukung dengan sumber

pustaka terkait. Rasa syukur dan terima kasih yang sebesar-besarnya penulis ucapkan kepada

Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis mamp menyelesaikan

penyusunan makalah ini dengan baik. Selain itu, penulis ingin menyampaikan terimakasih

kepada pihak-pihak yang telah berperan selama proses penyusunan makalah ini, yaitu :

1. Hera Setiawan ST, MTselaku Dosen Pembimbing mata kuliah Mekanika Kekuatan

Material,

2. Teman-teman penulis, dan

3. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam pembuatan makalah ini.

Akhir kata semoga makalah ini bisa bermanfaat bagi pembaca pada umumnya dan

penulis pada khususnya, penulis menyadari bahwa dalam pembuatan makalah ini masih jauh

dari sempurna, untuk itu penulis menerima saran dan kritik yang bersifat membangun demi

perbaikan kearah kesempurnaan. Akhir kata penulis sampaikan terimakasih.

PENULIS

DAFTAR ISI

i

HALAMAN JUDUL i

PRAKATA ii

DAFTAR ISI iii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Rumusan Masalah1

1.3 Tujuan Penulisan 1

1.4 Manfaat Penulisan1

BAB II PEMBAHASAN

2.1 Pengertian 2

2.2 Konsep Tegangan-Regangan suatu Material 4

2.3 Hubungan antara Tegangan-Regangan 6

BAB III PENUTUPAN

3.1 Kesimpulan 11

3.2 Saran 11

DAFTAR PUSTAKA 12

i

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

MEKANIKA adalah cabang ilmu fisika yang mengkaji suatu benda pada kondisi diam atau

bergerak akibat adanya gangguan terhadap benda tersebut. Gangguan tersebut dapat berupa

gaya (force) dan/atau temperatur (thermal). Studi pada benda yang diam disebut statis

(statics) dan studi pada benda bergerak disebut dinamis (dynamics). Ilmu mekanika memiliki

dua cabang yaitu mekanika kekuatan material dan mekanika fluida, yang masing-masing

berhubungan dengan perilaku benda pejal dan dengan perilaku fluida.

Beberapa istilah asing yang memiliki arti sama dengan mekanika kekuatan material adalah

strength of materials, mechanics of solids, dan mechanics of deformable bodies.

Pada semua konstruksi Teknik bagian-bagian dari suatu elemen mesin/struktur harus

memiliki ukuran fisik tertentu. Bagian-bagian itu harus memiliki ukuran-ukuran yang tepat

sehingga dapat menahan beban yang sesungguhnya yang mungkin terjadi. Oleh karena itu

pemahaman yang lengkap mengenai mekanika kekuatan material sangat diperlukan untuk

keamanan dan

effisiensi desain

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan yang akan dikaji pada makalah ini adalah berikut :

1. Apa pengertian Mekanika Kekuatan Material ?

2. Apa saja seluk-beluk Mekanka Kekuatan Material ?

1.3 Tujuan Penulisan

Sesuai dengan masalah yang telah ditetapkan, maka penulisan makalah ini  bertujuan untuk :

1. Mengetahui arti Mekanika Kekuatan Material

2. Mengetahui segala sesuatu tentang Mekanika Kekuatan Material

1.4 Manfaat Penulisan

Hasil penulisan makalah ini diharapkan bermanfaat bagi para pembaca sebagai tambahan

pengetahuan mengenai Mekanika Kekuatan Material dan seluk beluknya

1

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian

Mekanika kekuatan material adalah ilmu yang membicarakan masalah kesetimbangan

gaya(mekanika) yang bekerja pada suatu struktur.Beban titik (terpusat) yaitu beban yang arah

kerjanya terpusat (bekerja) pada satu titik.Beban merata (q) yaitu bean luar yang bekerja

merata pada suatu panjang tertentu (tidak didukung oleh satu titik tetapi sepanjang muatan

tersebut).Adapun unsur pokok yang haus dipakai dalam suatu praktikum atau pengujian

adalahpengetahuan dan keterampilan sera peralatan standar. Meskipun didukung oleh

pengetahuan danketerampilan yang bagus namun tidak didukung oleh peralatan memadai

maka hal tersebut tidak akn mendapatkan hasil yang sesuai dan berhasil, begitu juga

sebaliknya.

Berbagai jenis bahan atau material yang kita temui sehari-hari memiliki sifat yang

berbeda-beda. Ditinjau dari aspek mekanis, material dapat dibedakan berdasarkan kekuatan,

kekerasan, keuletan, kemampuanya menghantarkan panas, penghantar listrik, sifat magnet,

sifat kimia dan lain sebagainya.

Salah satu sifat penting dari material yang sangat berfungsi sebagai ukuran desain

suatu benda adalah kekuatan. Ketika kita menarik kayu dan baja dengan ukuran yang sama,

tentu saja kayu akan lebih mudah dirusak daripada baja, atau dengan kata lain baja memiliki

kekuatan lebih tinggi dari kayu (pada kasus ini), nah apakah jika ukuranya berbeda, maka

hasilnya akan sama? Misalkan kayu dengan ukuran yang sangat besar ditarik dengan gaya

yang sama dengan kawat baja yang kecil, tentu saja yang akan putus terlebih dahulu adalah

kawat baja yang kecil tersebut, lalu pada kasus ini dapat dikatakan kayu lebih kuat dari baja.

lalu manakah yang lebih "kuat"?

Nah, dari uraian diatas, besar kecilnya gaya tarikan atau dorongan pada suatu material

tidak dapat menunjukkan besar kecilnya kekuatan material tersebut, oleh karena itu

didefinisikan tegangan, yaitu gaya setiap satu satuan luas, atau secara matematis dituliskan

sebagai berikut :

2

Tegangan memperlihatkan berapa banyak gaya yang "terkonsentrasi" pada suatu

penampang lintang tertentu. Semakin besar gaya yang diberikan, maka semakin besar pula

teganganya, semakin kecil luas permukaanya maka semakin besar teganganya. Tegangan

inilah yang digunakan sebagai parameter kekuatan bahan. Setiap material, memiliki nilai

tegangan dimana material tersebut akan rusak, yang mana nilai tersebut tidak tergantung oleh

bentuk dari benda tersebut. karena sifatnya yang tidak tergantung oleh bentuk benda tersebut,

maka kekuatan bahan yang didefinisikan menggunakan konsep tegangan ini sangat mudah

dan luas penggunaanya dalam bidang teknik.

Sebagai ilustrasi, misalkan sebuah kawat baja dengan diameter yang besar akan putus

ketika ditarik dengan gaya yang besar, sedangkan kawat baja dengan diameter yang kecil

akan putus lebih mudah dengan gaya yang lebih kecil. Fakta yang menarik adalah, ketika

gaya yang besar tersebut dibagi dengan luas permukaan penampang kawat berdiameter besar,

hasilnya akan sama dengan gaya yang kecil dibagi dengan luas penampang kawat

berdiameter kecil. dengan kata lain, tegangan ketika kedua kawat berbahan sama tersebut

rusak adalah sama.

Lain halnya ketika kita menarik dua kawat berdiameter sama namun dengan material

yang berbeda. misalkan kita menarik kawat baja dan tali karet yang masing-masing memiliki

bentuk yang sama. ketika kedua benda tersebut ditarik dengan gaya yang sama, tentu saja tali

karet akan putus terlebih dahulu. Dengan besarnya gaya dan bentuk yang sama, dapat dilihat

bahwa kedua benda mendapatkan tegangan yang sama, namun dengan tegangan yang sama

tersebut, karet lebih dulu rusak daripada baja, oleh karena itu dapat disimpulkan bahwa benda

berbahan karet memiliki tegangan yang lebih kecil dari baja untuk rusak, atau baja lebih kuat

dari pada karet.

Definisi rusak (Failure) serta putus/patah (Fracture) itu sendiri tidaklah sama, failure

mengindikasikan gagalnya sistem bekerja, sedangkan fracture ditandai dengan satu benda

terpisah menjadi dua, kedua fenomena ini terjadi pada batas-batas tegangan tertentu. Oleh

karena itu, kekuatan itu sendiri pun tidak sesederhana didefinisikan pada uraian diatas, ada

kriteria-kriteria yang harus terpenuhi. Tetapi, uraian kekuatan bahan diatas cukup

memberikan gambaran ide dasar dari konsep tegangan.

Pembahasan mengenai kekuatan material ini sangatlah luas terkait hubunganya

dengan kerusakan material, hubungan tegangan terhadap perubahan bentuk material, serta

banyak lagi aplikasi dari konsep tegangan ini. Bahkan program-program komputer kini telah

3

berkembang dengan cepat untuk menghitung tegangan yang terjadi pada benda dengan

bentuk yang rumit sekalipun menggunakan Finite Element Analysis (FEA)

2.2 Konsep Tegangan-Regangan suatu Material

1. TEGANGAN (STRESS)

Secara umum tegangan teknik dirumuskan sebagai:

Keterangan:F = beban yang diberikan ( lb atau N )AO   = luas penampang bahan sebelum dibebani ( in^2 atau m^2 )σ = psi, MPa.

Tegangan atau Stress adalah gaya reaksi atau gaya untuk mengembalikan ke bentuk

semula. Gaya ini mengembalikan benda ke bentuk semula persatuan luas terbagi rata

diseluruh permukaan.

Tegangan atau Stress dapat dikelompokkan menjadi:

1.    Tegangan Normal

Tegangan normal merupakan tegangan pada bidang yang tegak lurus dengan arah gaya.

σ = bukan tegangan di suatu titik pada penampang A, tetapi tegangan rata-rata semua titik

pada penampang A. Pada umumnya tegangan di suatu titik tidak sama dengan tegangan rata-

rata. Tetapi dalam prakteknya, tegangan ini dianggap seragam, kecuali pada titik beban, atau

adanya konsentrasi tegangan.

2.    Tegangan Tarik

Tegangan tarik adalah tegangan yang diakibatkan beban tarik atau beban yang

arah nya tegak lurus meninggalkan luasan permukaan. Tegangan Tekan Tegangan tekan

adalah tegangan yang diakibatkan beban tekan atau beban yang arahnya tegak lurus menuju

4

luasan permukaan Suatu benda yang statis, jika dipotong harus tetap statis dengan resultan

gaya = 0 (ΣF=0)

3.    Tegangan Geser

Tegangan geser adalah tegangan yang diakibatkan oleh gaya yang arahnya sejajar

dengan luasan permukaan (gaya tangensial). A = luas penampang yang menahan beban P

Tegangan yang terjadi pada luasan A disebut tegangan geser, τ (tau) P τ rata = A Jika

permukaan geser hanya satu, maka disebut geseran tunggal. Jika permukaan geser dua, maka

disebut geseran ganda, sehingga tegangan geser Ps menjadi : τs=2A Bearing Stress in

Connections σb=PP=A td

2. REGANGAN (STRAIN)

Secara umum tegangan teknik dirumuskan sebagai:

Keterangan:

lo = panjang mula – mulali = panjang akhir Δl = pertambahan panjangε = %

            Regangan atau strain adalah perubahan pada ukuran benda karena gaya

dalamkesetimbangan dibandingkan dengan ukuran semula. Strain juga dapat dikatakan

sebagai tingkat deformasi. Tingkat deformasi tersebut dapat memanjang, memendek,

membesar, mengecil dan sebagainya.

Pembebanan akan mengalami deformasi. Perbandingan antara deformasi dengan panjang

mula-mula disebut sebagai regangan. δ=satuan panjang L=satuan panjang ε= tanpa satuan

atau dapat ditulis: L−L ΔL ε=1=L L ε=regangan L=panjang mula-mula L1 = panjang

1. Regangan Geser

Regangan geser dilambangkan γ merupakan tangen θ.

2. Torsi

5

Torsi adalah variasi dari gaya geser murni. Bahan uji diberikan gaya puntir

yang akan menimbulkan gerak putar pada sumbu penggerak atau mesin bor

3. Deformasi Elastis

Besarnya bahan mengalami deformasi atau regangan bergantung kepada besarnya

tegangan. Pada sebagian besar metal, tegangan dan regangan adalah proporsional dengan

hubungan:

σ = E . ε

E = modulus elastistas atau modulus young ( Psi, MPa ).

4. Deformasi Plastis

Pada kebanyakan logam, deformasi elastis hanya terjadi sampai regangan 0.005. Jika

bahan berdeformasi melewati batas elastis, tegangan tidak lagiproporsional terhadap

regangan. Daerah ini disebut daerah plastis.

Pada daerah plastis, bahan tidak bisa kembali ke bentuk semula jika beban dilepaskan.

Pada tinjauan mikro deformasi plastis mengakibatkan putusnya ikatan atom dengan atom

tetangganya dan membentuk ikatan yang baru dengan atom yang lainnya. Jika beban di

lepaskan, atom ini tidak kembali keikatan awalnya.

2.3 HUBUNGAN ANTARA TEGANGAN-REGANGAN

1. Sifat-sifat benda elastik

ü  Strain selalu sama untuk stress tertentu

ü  Strain hilang sama sekali jika penyebab dihilangkan

ü  Untuk membuat strain tetap maka stress juga dibuat tetap

6

2. Grafik tegangan-regangan

secara umum sifat mekanik dari logam dibagi menjadi:

a). Batas proposionalitas (Proportionality Limit)

Adalah daerah batas dimana tegangan dan regangan mempunyai hubungan

proporsionalitas satu dengan lainnya. Setiap penambahan tegangan akan diikuti dengan

penambahan regangan secara proporsional dalam hubungan linier :       

s = E e

 b). Batas elastis (Elastic limit)

Adalah daerah dimana bahan akan kembali kepada panjang semula bila tegangan luar

dihilangkan. Daerah proporsionalitas merupakan bagian dari batas elastik. Bila beban terus

diberikan tegangan maka batas elastis pada akhimya akan terlampaui sehingga bahan tidak

kembali seperti ukuran semula. Maka batas elastis merupakan titik dimana tegangan yang

diberikan akan menyebabkan terjadinya deformasi plastis untuk pertama kalinya.

Kebanyakan material tenik mempunyai batas elastis yang hampir berhimpitan dengan batas

proporsionalitasnya.

 c). Titik  Luluh  (Yield  Point)  dan  Kekuatan  Luluh (Yield Strength)

Adalah batas dimana material akan terus mengalami deformasi tanpa adanya

penambahan beban. Tegangan (stress) yang mengakibatkan bahan menunjukkan mekanisme

luluh ini disebut tegangan luluh (yield stress). 

Gejala luluh umumnya hanya ditunjukkan oleh logam-logam ulet dengan struktur

kristal BCC dan FCC yang membentuk interstitial solid solution dari atom-atom karbon,

boron, hidrogen dan oksigen. Interaksi antar dislokasi dan atom-atom tersebut menyebabkan

7

baja ulet seperti mild steel menunjukan titik luluh bawah (lower yield point) dan titik luluh

atas (upper yield point).

Untuk baja berkekuatan tinggi dan besi tuang yang getas pada umumnya tidak

memperlihatkan batas luluh yang jelas. Sehingga digunakan metode offset  untuk

menentukan kekuatan luluh material. Dengan metode ini kekuatan luluh ditentukan sebagai

tegangan  dimana bahan memperlihatkan batas penyimpangan/deviasi tertentu dari keadaan

proporsionalitas tegangan dan regangan.   

Kekuatan luluh atau titik luluh merupakan suatu gambaran kemampuan bahan

menahan deformasi permanen bila digunakan dalam penggunaan struktural yang melibatkan

pembebanan mekanik seperti tarik, tekan, bending atau puntiran.            Di sisi lain, batas

luluh ini harus dicapai ataupun dilewati bila bahan dipakai dalam proses manufaktur produk-

produk logam seperti proses rolling, drawing, stretching dan sebagainya. Dapat dikatakan

titik luluh adalah suatu tingkatan tegangan yang tidak boleh dilewati dalam penggunaan

struktural (in service) dan harus dilewati dalam proses manufaktur logam (forming process).

 d). Kekuatan Tarik Maksimum  (Ultimate Tensile  Strength)

Adalah tegangan maksmum yang           dapat ditanggung oleh material sebelum

tejadinya perpatahan (fracture). Nilai kekuatan tarik maksimum tarik ditentukan dari beban

maksimum  dibagi luas penampang.

e). Kekuatan Putus (Breaking Strength)

Kekuatan putus ditentukan dengan membagi beban pada saat benda uji putus

(Fbreaking) dengan tuas penampang  awal (A0). Untuk bahan yang bersifat ulet pada  saat

beban maksimum M terlampaui dan bahan terus terdeformasi hingga titik putus B maka

terjadi mekanisme penciutan (necking) sebagai akibat adanya suatu deformasi yang

terlokalisasi.

Pada bahan ulet, kekuatan putus lebih kecil dari kekuatan maksimum, dan pada bahan getas

kekuatan putus sama dengan kekuatan maksimumnya.

f).        Keuletan (Ductility)

Adalah sifat yang menggambarkan kemampuan logam menahan deformasi   hingga

tejadinya perpatahan. Pengujian tarik memberikan dua metode pengukuran keuletan  bahan 

yaitu: Persentase perpanjangan (Elongation) :

                          e (%) = [(Lf-L0)/L0] x 100%

dimana :          Lf  = panjang akhir benda uji

8

                                   L0 = panjang awal benda uji

Prsentase reduksi penampang (Area Reduction) :

                                     R (%) = [(A1 – A0)/A0] x 100%

dimana :          Af = luas penampang akhir

                                   A0 = luas penampang awal

g).        Modulus Elastisitas (Modulus Young)

Adalah ukuran kekakuan suatu material, semakin besar harga modulus ini maka 

semakin kecil regangan elastis yang terjadi, atau semakin kaku.

h).       Modulus Kelentingan (Modulus of Resilience)

Adalah kemampuan material untuk menyerap energi dari luar tanpa teiuadinya

kerusakan.  Nilai modulus resilience (U) dapat diperoleh dari luas segitiga yang dibentuk

oleh  area elastik diagram tegangan-regangan

Perumusannya : U = 0.5se  atau U = 0.5se2/E

i).         Modulus Ketangguhan (Modulus of Toughness)

Adalah kemampuan material dalam mengabsorb energi hingga terjadinva perpatahan.

Secara kuantitatif dapat ditentukan dari luas area keseluruhan di bawah kurva tegangan-

regangan hasil pengujian tarik. 

3. Hukum Hooke

Pada tahun 1676, Robert Hooke mengusulkan suatu hukum fisika menyangkut

pertambahan sebuah benda elastik yang dikenal oleh suatu gaya.

Menurut Hooke, pertambahan panjang berbanding lurus dengan gaya yang diberikan

pada benda. Secara matematis, hukum Hooke ini dapat dituliskan sebagai.

F = k x

dengan

F = gaya yang dikerjakan (N)

x = pertambahan panjang (m)

k = konstanta gaya (N/m)

Perlu suatu diingat bahwa hukum Hooke hanya berlaku untuk daerah elastik, tidak

berlaku untuk daerah plastik maupun benda-benda plastik. Rumus tersebut dapat kita tulis:

9

Tegangan  = kRegangan

k adalah modulus elastisitas atau koefisien elastisitas.. Dalam batas elastisitasnya

setiap deformasi berbanding lurus dengan gaya penyebabnya(hukum Hooke) dan

pertambahan panjang pegas berbanding lurus dengan gaya penyebabnya.

Berikut ini addalah beberapa nilai konstanta modulus elastisitas, modulus  geser dan

Ratio Possion pada beberapa paduan logam.

10

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Jadi, setiap Material yang digunakan dalam setiap pengerjaan yang nberhubungan dengan

setiap mesin, mempunyai tegangan dan regangan yang berbeda bedad dari satu material

dengan material yang lain.

3.2 Saran

Sebagai penutup dari makalah ini, penulis memberikan saran untuk mengukur tegangan dan

regangan dalam suatu material sebelum digunakan dalam suatu pengolhahan dengan mesin

dan yang hal-hal terkait.

11

DAFTAR PUSTAKA

Sutarwan, Fajasr 2009. Mekanika kekuatan material.

(http://fajarsutarwan.blogspot.co.id/2009/10/mekanika-kekuatan-material.html, diakses 12

September 2015)

12