Fatigue atau kelelahan merupakan kerusakan material yang disebabkan oleh pembebanan yang berulang-ulang dalam waktu yang lama. Apabila suatu logam diberi beban secara berulang (tegangan atau regangan), maka logam tersebut akan patah. Kerusakan akibat beban berulang ini disebut patah lelah (fatigue failures), umumnya hal ini terjadi setelah pemakaian material yang cukup lama. Kerusakan ini terjadi tanpa peringatan terlebih dahulu, secara tiba – tiba, dan menyeluruh. Lebih dari 90% penyebab kegagalan mekanik disebabkan oleh patah lelah. Terdapat 3 fase dalam perpatahan fatigue, yaitu:

Proses dari permulaan retak umumnya terjadi di permukaan material yang lemah atau daerah dimana terjadi konsentrasi tegangan di permukaan, seperti goresan, notch, lubang, dll, akibat adanya pembebanan berulang. Selanjutnya, permulaan retak ini berkembang menjadi microcracks, perambatan atau perpaduan microcracks ini kemudian membentuk macrocracks yang akan berujung pada failure. Maka setelah itu, material akan mengalami perpatahan akhir, hal ini dikarenakan material telah mengalami siklus tegangan dan regangan yang menghasilkan kerusakan permanen.

Pada dasarnya kegagalan fatigue dimulai dengan terjadinya retakan pada permukaan material. Hal ini membuktikan bahwa sifat – sifat fatigue sangat peka terhadap kondisi permukaan, yang dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain kekasaran permukaan, perubahan sifat – sifat permukaan, dan tegangan sisa permukaan. Oleh karena itu, batas ketahanan (endurance limit) sangat tergantung pada kualitas penyelesaian permukaan. Perlakuan permukaan dapat merubah kondisi permukaan dan tegangan sisa di permukaan. Perlakuan permukaan yang menghasilkan tegangan sisa tekan akan mengakibatkan ketahanan lelah meningkat, sedangkan perlakuan permukaan yang menghasilkan tegangan sisa tarik akan menurunkan ketahanan fatigue-nya.

Pada permukaan material terjadi konsentrasi tegangan tekan atau tarik yang paling tinggi. Jika kondisi permukaan sedang menerima tegangan tarik maka tegangan sisa tekan pada permukaan akan menghasilkan resultan tegangan tekan yang semakin besar. Tegangan tekan akan menghambat terjadinya initiation crack, sehingga ketahanan lelah meningkat, dan akan terjadi sebaliknya apabila terjadi tegangan sisa tarik di permukaan. Lokasi awal retak pada komponen atau logam yang mengalami pembebanan dinamis atau siklik adalah pada titik daerah yang memiliki kekuatan yang paling minimum dan atau pada titik daerah yang mengalami tegangan paling maksimum.

Kegagalan komponen atau struktur dapat dibedakan menjadi dua kategori utama. Pertama, kegagalan quasi statik (kegagalan yang tidak tergantung pada waktu, dan ketahanan terhadap kegagalannya dinyatakan dengan kekuatan). Kedua, kegagalan yang tergantung pada waktu (ketahanan terhadap kegagalannya dinyatakan dengan umur atau life time). Kelelahan logam (patah lelah) termasuk dalam kegagalan yang tergantung pada waktu.

Untuk mempelajari detail tentang teori perhitungan fatigue beserta contoh simulasinya menggunakan software FEA, anda dapat pelajari pada video di dasar artikel ini.

Analisis fatigue menggunakan FEA

Metode yang umum digunakan untuk melakukan analisis baik untuk analisis fatigue pada struktur-struktur yang kompleks adalah menggunakan Finite Element Analysis (FEA). MSC Nastran adalah software FEA original pertama di dunia yang banyak sekali digunakan di berbagai industri, salah satunya keistimewaanya adalah pada simulasi fatigue dengan berbagai macam kriteria kegagalanya. Pelajari selengkapnya tentang MSC Nastran.

Kontributor: Feri Wijanarko

By Caesar Wiratama

Author: Caesar Wiratama

caesar@aeroengineering.co.id
+62 821-3868-4162