Deformasi dan Elastisitas

Deformasi adalah perubahan bentuk, dimensi dan posisi dari suatu materi baik merupakan bagian dari alam ataupun buatan manusia dalam skala waktu dan ruang

Deformasi terdiri dari dua bagian,yaitu deformasi elastis dan deformasi plastis. Deformasi elastis adalah perubahan bentuk material yang apabila gaya penyebab deformasi itu dihilangkan maka deformasi
kembali ke bentuk semula. Contohnya pada uji tarik suatu material. Akibat gaya yang diberikan kepada spesimen maka material terdeformasi (berubah bentuk). Deformasi plastik adalah perubahan bentuk material apabila ketika gaya dihilangkan material tidak kembali ke ukuran, tidak ke bentuk semula.

Deformasi elastis terjadi pada tegangan yang rendah dan mempunyai tiga karakteristik utama, yaitu:

(1) bersifat mampu-balik (reversible)

(2) antara tegangan dan regangan terdapat hubungan linear dan sesuai dengan hooke, dan

(3) deformasi elastis umumnya kecil (yaitu < 1% regangan elastis)

Tegangan di suatu titik dalam benda di definisikan dengan memperhatikan kubus yang tak terhingga kecilnya yang mengelilingi titik tersebut dan gaya yang bekerja pada permukaan kubus tersebut berasal dari material sekitarnya. Gaya tersebut dapat di uraikan menjadi komponen yang sejajar sisi kubus dan bila dibagi dengan luas permukaan kubus menghasilkan sembilan komponen tegangan. Seperti gambar dibawah ini

Komponen σij adalah gaya yang bekerja dalam arah j per satuan luas permukaan yang tegak lurus terhadap arah –i. Jelas, bahwa apabila i = j maka diperoleh komponen tegangan normal (misalnya σxx) yang bersifat tarik (positif) atau tekan (negatif) , dan apabila i tidak sama dengan j (misalnya σxy) didapatkan komponen tegangan geser. Tegangan geser tersebut menghasilkan kopel pada kubus; dan untuk mencegah terjadinya rotasi kubus maka kopel pada permukaan yang saling berhadapan harus seimbang sehingga σij = σji ’ maka , tegangan hanya terdiri dari 6 komponen independent.

Apabila benda mengalami regangan, elemen kecil dalam benda mengalami pergeseran. Apabila posisi awal suatu element didefinisikan oleh koordinat (x, y, z) dan posisi akhirnya adalah (x +u,y +v,z + w) maka perpindahannya adalah (u, v, w). Apabila pergeseran ini konstan untuk semua elemen dalam benda, maka tidak terdapat regangan , dan hanya ada translasi. Pada benda yang berada pada kondisi regangan maka pergeseran bervariasi dari elemen ke elemen. Regangan yang seragam dihasilkan karena pergeseran berbanding lurus denagn jarak; untuk satu dimensi berlaku u = ex, dimna e = du/dx adalah koofisien proposional atau regangan tarik normal. Pada regangan tiga-dimensional yang seragam, maka setiap komponen dari 3 komponen u, v, w merupakan fungsi linear yang dinyatakan dengan koordinat elemen awal, yaitu:

            u= e_xx  x+ e_xy y + e_xz z

            y= e_yx  x+ e_yy y + e_yz z

            z= e_zx  x+ e_zy y + e_zz z

Dengan keadaan mempertimbangkan keadaan simetri kristal, maka banyak diantara konstanta elastis sama atau mendekati nol. Jadi pada kristal kubik hanya ada tiga konstanta elastis independen yaitu c₁₁, c₁₂ dan c₄₄ untuk tiga mode deformasi independen, termasuk penerapan pada:

(1) tegangan hidrostatik p yang menghasilkan dilatasi θ berikut:

P = - 1/3 ( c₁₁ – c₁₂ ) θ = -K

dimana K adalah modulus curah

(2) tegangan geser pada permukaan kubus dalam arah sumbu kubus yang mendefinisikan modulus geser μ = c₄₄, dan

(3) rotasi pada sumbu kubus yang mendefinisikan modulus geser μ1 = ½ (c₁₁ – c₁₂). Rasio μ/μ₁ merupakan faktor anisotropi elastis dan sama dengan satu untuk kristal isotropi elastis dengan 2 c₄₄ = c₁₁ – c₁₂; semua konstanta berkaitan dengan c₁₁ = K + 4/3 μ, c₁₂ = K – 2/3 μ dan c₄₄ = μ

  

Tabel Konstanta elastis kristal kubik (GN/m²)

logam	C11	C12	C44	2c/(c11 - c12)
Na	006,0	004,6	005,9	8,5
K	004,6	003,7	002,6	5,8
Fe	237,0	141,0	116,0	2,4
W	501,0	198,0	151,0	1,0
Mo	460,0	179,0	109,0	0,77
Al	108,0	62,0	28,0	1,2
Cu	170,0	121,0	75,0	3,3
Ag	120,0	90,0	43,0	2,9
Au	186,0	157,0	42,0	3,9
Ni	250,0	106,0	118,0	2,6
Kuningan-β	129,1	109,7	82,4	8,5

Tabel diatas menunjukan bahwa kebanyakan logam tidak bersifat isotropik dan, hanya tungsten yang bersifat isotropik; sedangkan logam alkali dan senyawa –β kebanyakan bersifat anisotropik. Umumnya , 2c₄₄ > (c₁₁ – c₁₂) sehingga untuk logam anisotropik elastis, E maksimum dalam arah (1 1 1) dan minimum dalam arah (1 0 0). Molibdenum dan niobium merupakan pengecualian karena memiliki anisotropi reversi apabila E terbesar berada dalam arah (1 0 0). Kebanyakan material komersial adalah polikristalin, oleh karena itu mempunyai sifat isotropi hampir sempurna. Untuk material ini nilai modulus biasanya tidak bergantung pada arah pengukuran karena nilai yang diamati merupakan nilai rata-rata untuk semua arah pada berbagai kristal dalam spesimen. Namun demikian, apabila sewaktu pembuatannya pada butir spesimen polikristalin terjadi orientasi yang diutamakan, maka dalam batasan tertentu material akan berperilaku sebagai kristal tunggal dan terjadi ”pengarahan” terbatas.

Deformasi elastis kramik

Pada temperatur ruang,pengikatan interatomik yang kuat dari keramik rekayasa menghasilkan kekakuan mekanik. Modulus elastis (elastis,geser) jauh lebih tinggi dibandingkan material metalik. Pada kristal tunggal keramik, modulus ini bersifat anisotropi (misalnya pada alumina). Namun, dalam bentuk polokristalin, keramik bersifat isotropik akibat efek acak hasil pemrosesan (seperti penekanan asostatik). Sementara itu, beberapa rute pemrosesan tetap mempertahankan kecenderungan anisotropik (misalnya ekstrusi). Modulus sangat dipengaruhi oleh keberadaan pengotor, fasa dua dan porositas. Sebagai contoh, modulus elastisitas keramik berkurang akibat meningkatnya porositas. Apabila temperatur pengujian dinaikan, modulus elastisitas biasanya turun, tetapi ada beberapa pengecualian.

DAFTAR PUSTAKA

Wijoyo,Titus.2010. http://tintusariwijoyo.blogspot.com/

Atmaja,Fitrajaya.2010.http://fitrajayaatmaja.blogspot.com/2010/02/deformasi-elastis.html

Andreas,Heri. 2007. http://geodesy.gd.itb.ac.id/hzabidin/wp-content/uploads/2007/09/deformasi-strain-stress.pdf

Smallman,R.E.2000.Metalurgi Fisik dan Rekayasa Material. Jakarta: Erlangga