Baru, AI Assistant
dr. Mekanik!

Description

Fatigue adalah kecenderungan logam untuk patah jika menerima tegangan secara berulang-ulang atau beban dinamis. Logam yang dikenai tegangan berulang akan rusak pada tegangan yang jauh lebih rendah dibanding yang dibutuhkan untuk menimbulkan perpatahan pada penerapan beban tunggal. Kegagalan yang terjadi pada keadaan beban dinamis disebut kegagalan lelah atau fatigue failures. Project dibawah merupakan salah satu design dari mesin yang dapat digunakan untuk menguji mechanical properties paduan logam custom, terutama dalam pengujian fatigue crack growth rate. Penggunaan mesin dilakukan secara manual dengan metode true experimental untuk meneliti material sambungan las gesek A6061, dan paduan logam lainnya.

Figure 1. Initial Notch on Fatigue Crack Propagation Rate Test Specimen 

Figure 2. Crack Tip Opening Displacement

Figure 3. Compiled Crack in Photoshop After Full Fracture

Figure 4. Macroscopic Images of Fatigue Crack on Friction Welded Specimen

Latar Belakang

Untuk Memahami Perilaku Kelelahan Material

Kegagalan kelelahan menyumbang lebih dari 90% kegagalan mekanis dalam struktur engineering, terutama yang mengalami beban siklik seperti:

• Rotary shafts
• Sayap pesawat
• Poros dan komponen otomotif
• Jembatan, crane, dan struktur off-shore

Rotary Bending Fatigue Machine merupakan salah satu alat paling sederhana dan paling andal untuk mempelajari fenomena ini dalam material.

Alternatif yang Terjangkau & Mudah Diakses untuk Mesin Fatigue Kelas Atas.

Fatigue Machine servo-hidrolik komersial berharga kisar ribuan hingga puluhan ribu dolar, yang biasa digunakan di:

• Laboratorium kecil
• Universitas
• Insinyur hobi
• Kamp pelatihan penelitian

Maka akan lebih praktis untuk membangun rig pengujian konvensional yang mengikuti standar dasar dan tetap menghasilkan hasil kurva S–N (Tekanan vs. Jumlah Siklus) yang valid.

Pendidikan & Pengembangan Keterampilan

Membangun dan mengoperasikan mesin ini melibatkan:

• Desain mekanis (Solidworks, AutoCAD, ANSYS)
• Pengujian dan pemilihan material
• Perhitungan poros dan beban (momen lentur, kekuatan lelah)
• Instrumentasi (misalnya, penghitungan RPM, siklus hingga kegagalan, Time management)
• Analisis kegagalan (fraktografi, studi inisiasi retak tiap beberapa menit/jam)

Hal tersebut menjadikan ini proyek pendidikan langsung yang ideal untuk:

• Mahasiswa teknik mesin
• Kamp pelatihan CAD & manufaktur
• Kursus laboratorium dalam Material Science

Desain Konvensional = Simplicity

Design cantilever rotary bending machine klasik digunakan karena:

• Desain ini menyebabkan Fully Reversed Bending Stress (mode lelah yang paling merusak)
• Tegangan terdefinisi dengan baik dan seragam di seluruh siklus
• Hanya satu sisi poros yang ditopang (menyederhanakan pengaturan, alignment, dan menciptakan beban kantilever murni)
• Desain ini menggunakan komponen mekanis dasar: motor, poros, bantalan, pemberat

Kesederhanaan tersebut membuat mesin ini andal, kemudah-ulangan, dan mudah dimodularkan sehingga sangat cocok untuk menguji spesimen yang berbeda dalam berbagai macam kondisi.

Pengujian Spesimen Kustom

Jika Anda bekerja dengan:

• Berbagai jenis paduan (AISI, Al6061, paduan Ti, Spesimen friction welding paduan lainnya)
• Perlakuan permukaan atau pelapisan
• Perlakuan panas atau parameter pemesinan

Anda akan menginginkan cara untuk menguji Fatigue Life secara portable, tanpa bergantung pada lab eksternal. Walaupun masih lumayan berat (>300Kg), rig pribadi memberikan kebebasan untuk mengeksplorasi material dan kemudahan modifikasi.

Berikut adalah desain yang diusulkan:

EVALUATION

Studi lanjut diperlukan untuk dapat mengimprove alat yang sudah ada, seperti:

Penghitung Siklus Otomatis

Masalah: Estimasi siklus manual melalui stopwatch dan RPM rawan kesalahan manusia.

Anjuran:

• Menambahkan sensor nonkontak (misalnya, sensor Hall Effect + magnet atau enkoder optik) untuk menghitung putaran poros.
• Mikrokontroler (Arduino atau ESP32) menghitung siklus dan mencatatnya
• Layar LCD menunjukkan jumlah siklus secara langsung
• Sertakan modul relai untuk mematikan motor setelah sejumlah siklus yang telah ditetapkan atau terpicu getaran.

Opsional: Pemberhentian motor secara otomatis saat kegagalan terdeteksi

Pemantauan Defleksi atau Retakan Digital

Masalah: Kegagalan hanya terdeteksi setelah fraktur komplit. Hampir mustahil melihat crack dalam RPM tinggi.

Anjuran:

• LVDT atau pengukur dial digital untuk memantau defleksi secara real-time.
• Sensor getaran atau akustik untuk mendeteksi inisiasi retakan.
• Kamera kecepatan tinggi atau dudukan mikroskop untuk memantau tanda-tanda awal kelelahan.

Improvement Struktural untuk Kemampu-ulangan

Masalah: Alignment komponen dan struktur memengaruhi hasil.

Anjuran: Tingkatkan kepresisian mesin menggunakan:

• Basis frame dan braket yang dikerjakan dengan mesin CNC atau dipotong dengan laser
• Bearing presisi tinggi (misalnya, SKF)
• Chuck pemasangan spesimen yang dapat disesuaikan untuk Fine Centering.

Peningkatan Keamanan

Masalah: Fraktur shaft dan kegagalan abnormal pada komponen pada kecepatan tinggi sangat berbahaya.

Anjuran: 

• Tambahkan pelindung pengaman akrilik atau polikarbonat transparan.
• Pasang tombol berhenti darurat/Remote Kill Switch pada mesin.
• Seimbangkan massa yang berputar untuk mengurangi getaran.

Pencatatan & Pembuatan Plot Data

Masalah: Tidak ada riwayat kinerja test yang tercatat secara aktif dan automatic.

Anjuran:

• Gunakan modul Arduino + SD card module untuk mencatat jumlah siklus, RPM, suhu (opsional).
• Ekspor data ke Excel atau Python untuk pembuatan plot kurva S–N.
• Tambahkan tampilan grafik waktu nyata melalui pembuatan plot serial (Processing atau MATLAB).

Feel free to contact me with any questions, I'm up for discussion:

https://www.linkedin.com/in/jovidianto-soesilodewo-7a1741225/