PROPOSAL TA

BAB II
LANDASAN TEORI

A. KOMPOSIT FIBER
1. Sekilas Tentang Komposit
Komposit didefinisikan sebagai gabungan serat-serat dan resin. Penggabungannya sangat beragam, fiber atau serat ada yang diatur memanjang (unidirectional composites), ada yang dipotong-potong kemudian dicampur secara acak (random fibers), ada yang dianyam silang lalu dicelupkan dalam resin (cross-ply lamine) dan lainnya.
Menurut bentuk material penyusunnya, komposit dapat dibedakan menjadi lima jenis, (M.M Schwartz, 1984) yaitu :
a. Komposi serat (Fibrous composite)
b. Komposi laminat (Laminate composite)
c. Komposi sketal (Filled)
d. Komposi serpih (Flake)
e. Komposi partikel (Particulate composite)
Lembaran komposit disebut sebagai lamina, serat yang dipakai seperti di industri pesawat terbang biasanya terbuat dari karbon dan gelas, sedangkan resinnya adalah epoxy, sejenis polimer.
Tebal lamina untuk komposit serat karbon adalah 0.125 mm. Komposit karbon/epoxy ini dibuat dari pre-impregnation ply atau pre-preg.
Komposit memiliki sifat mekanik yang lebih bagus dari logam, kekakuan jenis (modulus Young/density) dan kekuatan jenisnya lebih tinggi dari logam. Beberapa lamina komposit dapat ditumpuk dengan arah orientasi serat yang berbeda, gabungan lamina ini disebut sebagai laminat.
Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu:
a. Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat kurang ductile tetapi lebih rigid serta lebih kuat, dalam penelitian kali ini penguat komposit yang digunakan yaitu dari serat glass.
b. Matriks, umumnya lebih ductile tetapi mempunyai kekuatan dan rigiditas yang lebih rendah.
Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang digunakannya, yaitu :
a. Fibrous Composites ( Komposit Serat ) Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat / fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers, aramid fibers (poly aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman.
b. Laminated Composites ( Komposit Laminat ) Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya memiliki karakteristik sifat sendiri.
c. Particulalate Composites ( Komposit Partikel ) Merupakan komposit yang menggunakan partikel/serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriksnya.
Fibrous Composites ( Komposit Serat ) merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat atau fiber. Fiber yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers, aramid fibers (poly aramide), dan sebagainya. Fiber ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi tertentu bahkan bisa juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti anyaman. Sifat komposit dipelajari dan dianalisis berdasarkan sifat komponen masing-masing.Maka berlakulah kaidah campuran, di sini sifat tergantung pada jumlah dan distribusi geometrik masing-masing komponen.
Kaidah campuran sederhana berlaku untuk sifat scalar seperti berat jenis atau kapasitas panas.Berat jenis campuran, ρm, adalah
ρm = f1ρ1 + f2ρ2 + …. ( 15-1.1a )
Atau
Ρm = Σ fiρi, ( 15-1.1b )


Di mana f adalah fraksi volume tiap unsure.
Cm = Σ fici ( 15-1.2 )
Dalam rumus ini, f adalah fraksi volume, dan kapasitas panad dinyatakan dalam J/ºC per satuan volume. Bila kapasitas panas dinyatakan dalam J/ºC per satuan massa, maka f adalah fraksi massa.
Komposit ini merangkumi semua bahan termasuk plastic yang diperkuat dengan serat, logam alloy, keramik, kopolimer, plastic berpengisi, atau apa saja campuran dua bahan atau lebih untuk mendapatkan suatu bahan yang baru.
Kita bisa melihat definisi komposit ini dari beberapa tahap seperti yang telah digariskan ole Schwartz :
a. Tahap/Peringkat Atas
Suatu bahan yang terdiri dari dua atau lebih atom yang berbeda bolehlah dikatakan sebagai bahan komposit termasuk alloy polimer dan keramik . Bahan-bahan yang terdiri dari unsur asal saja yang tidak termasuk dalam peringkat ini .
b. Tahap/Peringkat Microstruktur
Suatu bahan yang terdiri dari dua atau lebih struktur molekul atau fasa merupakan suatu komposit. Mengikutu definisi ini banyak bahan yang secara tradisional dikenal sebagai komposit seperti kebanyakan bahan logam. Contoh besi keluli yang merupakan alloy multifungsi yang terdiri dari karbon dan besi.

c. Tahap/Peringkat Macrostruktur
Merupakan gabungan bahan yang berbeda komposisi atau bentuk bagi mendapatkan suatu sifat atau ciri tertentu. Dimana konstituen gabungan masih tetap dalam bentuk asal, dimana dapat ditandai secara fisik dan melihatkan kesan antara muka antara satu sama lain.

Kroschwitz dan rekan telah menyatakan bahwa komposit adalah bahan yang
terbentuk apabila atau lebih komponen yang berlainan digabungkan. Rosato dan Di Matitia pula menyatakan bahwa plastic dan bahan-bahan penguat yang
biasanya dalam bentuk serat, dimana ada serat pendek, panjang, anyaman pabrik atau lainnya. Selain itu ada juga yang menyatakan bahwa bahan komposit adalah kombninasi bahan tambah yang berbentuk serat, butiran atau cuhisker seperti pengisi serbuk logam, serat kaca, karbon, aramid (Kevlar), keramik, dan serat logam dalam julat panjang yang berbeda-beda didalam matriks.
Definisi yang lebih bermakna yaitu menurut Agarwal dan Broutman, yaitu menyatakan bahwa bahan komposit mempunyai ciri-ciri yang berbeda untuk dan komposisi untuk menghasilkan suatu bahan yang mempunyai sifat dan ciri tertentu yang berbeda dari sifat dan ciri konstituen asalnya. Disamping itu kostituen asal masih kekal dan dihubungkan melalui suatu antara muka. Konstituen-konstituen ini dapat dikenal pasti secara fisikal.

2. Kepentingan Bahan Komposit
Kemajuan kini telah mendorong peningkatan dalam permintaa terhadap bahan komposit. Perkembangan bidang sciences dan teknologi mulai menyulitkan bahan konvensional seperti logam untuk memenuhi keperluan aplikasi baru. Bidang angkasa lepas, perkapalan, automobile dan industri pengangkutan merupakan contoh aplikasi yang memerlukan bahan-bahan yang berdensity rendah, tahan karat , kuat , kokoh dan tegar. Dalam kebanyakan bahan konvensional seperti keluli walaupun kuat hanya mempunyai density tinggi dan rapuh.
Oleh sebab itu bahan komposit yang mempunyai gabungan sifat yang diperlukan seperti yang tertera pada tabel dibawah ini yang mulai mendapatkan perhatian untuk menggantikan bahan konvensional.
Dengan perkembangan teknologi saat ini diperlukan suatu pengemnbangan metoda yang baru yang bisa menawarkan solusi teknik yang mengedepankan kemampuan system. Saat ini telah dikembangkan suatu metode komposit yang dikenal sebagai metode subtitusi material.
Teknik dari proses pembuatan komposit sangat menarik, dikendalikan oleh kondisi-kondisi proses, tanpa bantuan ruang hampa bertekanan. Dan ini merupakan metode yang paling hemat untuk memproduksi komposit. Teknologi pembuatan komposit memiliki kemudahan dalam fabrikasi sehingga biayanya menjadi lebih murah. Terutama bila kita bandingkan dengan metode lainnya.
Produk material yang ulet dan material yang kuat dan tangguh, adalah logis ada suatu pemikiran dan usaha menggabungkan kedua material tersebut untuk dijadikan suatu material yang baru yaitu komposit melalui proses pembuatan komposit. Hasil komposit yang diperoleh dengan proses pembuatannya mempunyai ketangguhan yang tinggi dan daya tahan goncangan yang berhubungan dengan panas yang baik seperti kekakuan, tahan aus dan stabil pada temperature tinggi. Proses fabrikasi komposit ini dapat diaplikasikan pada kemasan elektronik.
Tabel 2.1
Perbandingan Sifat-Sifat Mekanik Antara Bahan Konvensional dan Komposit

Bahan Spesifik
Grafity Kekuatan Tensile
( Mpa ) Kekuatan
Spesifik
( MNm/kg ) Modulus Tensile
( Gpa ) Modulus
Spesifik
( MNm/kg )
Keluli 7,2 103,4-206,8 14,4-28,7 82,7 11,5
Allumenium 2,7 55,2-179,3 20,4 68,9 25,5
Epoksi 1,2 41,0 34,2 4,5 3,8
Epoksi/Kevlor
46 ( 60 % ) 1,4 650,0 646,3 40,0 28,6
Nylon 1,1 70,0 61,4 2,0 1,8
Nylon/Serat Kaca 25% 1,5 207,0 138,0 14,0 9,3


3. Kelebihan Bahan Komposit
Bahan Komposit mempunyai beberapa kelebihan berbanding dengan bahan konvensional seperti logam. Kelebihan tersebut pada umumnya dapat dilihat dari beberapa sudut penting seperti sifat-sifat mekanikal dan fisikal, keupayaan ( realibility ), kebolehprosesan dan biaya. Seperti yang diuraikan dibawah ini :
a. Sifat-sifat mekanikal dan fisikal
Pada umumnya pemilihan bahan matriks dan serat memainkan peranan penting dalam menentukan sifat-sifat mekanik dan sifat komposit.
Gabungan matriks dan serat dapat menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan konvensional seperti keluli.
1) Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah berbanding dengan bahan konvensional. Implikasi kedua adalah produk komposit yang dihasilkan akan mempunyai kerut yang lebih rendah dari logam. Pengurangan berat adalah satu aspek yang penting dalam industri pembuatan seperti automobile dan angkasa lepas. Ini karena berhubungan dengan penghematan bahan bakar
2) Dalam industri angkasa lepas terdapat kecenderungan untuk menggantikan komponen yang terbuat dari logam dengan komposit karena telah terbukti komposit mempunyai rintangan terhadap fatigue yang baik terutama komposit yang menggunakan serat karbon.
3) Kelemahan logam yang agak terlihat jelas adalah rintangan terhadap kakisa yang lemah terutama produk kebutuhan sehari-hari. Kecenderungan komponen logam untuk mengalami kakisan menyebabkan biaya pembuatan yang tinggi. Bahan komposit sebaiknya mempunyai rintangan terhadap kakisan yang baik.
4) Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi versatility (berdaya guna) yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat-sifat yang menarik yang dapat dihasilkan dengan mengubah sesuai jenis matriks dan serat yang digunakan. Contoh dengan menggabungkan lebih dari satu serat dengan matriks untuk menghasilkan komposit hybrid.

b. Sifat-sifat mekanikal dan fisikal
Kebolehprosesan merupakan suatu kriteria yang penting dalam penggunaan
suatu bahan untuk menghasilkan produk. Ini karena dikaitkan dengan
produktivitas dan mutu suatu produk.Perbandingan antara productivity dan
quality adalah penting dalam konteks pemasaran produk yang dipabrikasi.
Selain dari itu kebolehprosesan juga dikaitkan dengan berbagai teknik
pabrikasi yang dapat digunakan untuk memproses suatu produk.
Adalah jelas bahwa bahan komposit dibolehprosesan dengan berbagai teknik fabrikasi yang merupakan daya tarik yang dapat membuka ruang luas bagi penggunaan bahan komposit. Contohnya untuk komposit termoplastik yang mempunyai kelebihan dari segi pemrosesan yaitu hanya dapat diproses dengan berbagai teknik fabrikasi yang umum yang biasa digunakan untuk memproses termoplastik tanpa serat.
c. Faktor Biaya
Faktor biaya juga memainkan peranan yang sangat penting dalam
membantu perkembangan industri komposit. Biaya yang berkaitan erat
dengan penghasilan suatu produk yang seharusnya memperhitungkan
beberapa aspek seperti biaya bahan mentah, pemrosesan, tenaga manusia
dan sebagainya.
4. Bahan Yang Diperkuat
Bila peningkatan kekuatan menjadi tujuan utama, komponen penguat harus mempunyai rasio aspek yang besar, yaitu rasio panjang/diameter harus tinggi, sehingga beban diteruskan melintasi titik perpatahan potensial. Jadi, batang baja di tanamkan dalam konstriksi beton. Demikian pula, serat gelas dikombinasi dengan resin, menghasilkan plastic yang diperkuat serat ( RFP ).
Jelas bahwa bahan penguat merupakan komponen yang lebih kuat dan yang memikul beban. Selain itu bahan penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi.
Di samping itu, ikatan antara matriks dan bahan penguat sangat kritis, karena biasanya beban diteruskan dari matriks ke serat atau batang.
Agar bahan penguat dapat memikul beban, penguat harus memiliki modulus young yang lebih tinggi daripada matriks.Untuk jelasnya, simaklah Gambar 15-2.1, di sini inti baja memperkuat kawat alumunium.
Ketika menerima beban tarik, kedua logam tersebut mengalami deformasi bersama-sama. Misalkan regangan, f = 0,001. Karena modulus elastisitas baja≈205.000 Mpa (≈30.000 psi ) dan modulus elastisitas.
Adapun pembagian komposit berdasarkan penguatnya dapat dilihat dari Gambar 2.1

Gambar 2.1 Pembagian Komposit berdasarkan Penguatnya
Dari Gambar 2.1 komposit berdasarkan jenis penguatnya dapat dijelaskan sebagai berikut :
a. Particulate composite, penguatnya berbentuk parikel
b. Fibre composite, penguatnya berbentuk serat
c. Structural composite, cara penggabungan material komposit


Adapun Ilustrasi dari komposit berdasarkan penguatnya dapat dilihat pada
Ganbar 2.2





a. Partikel b. Fiber





c. Struktur

5. Komposit Dengan Kekakuan Tinggi
Karena komposit polimer ringan, bahan ini menarik perhatian ahli desain. Meskipun komposit memiliki kekuatan tarik Su yang lebih rendah daripada logam, rasio kekuatan /kerapatan , Su/ρ, tinggi.Namun, fungsi penguat pada beban tarik dan beban tekan berbeda. Pada kompresi, rasio modulus elastisitas/kerapatan, E//ρ, merupakan kriteria desain yang lebih baik. Pada tabel 15-4.1 dapat dilihat rasio E/ ρ untuk sejumlah bahan konstruksi,termasuk yang tercantum di lampiran C .
Perlu dicatat bahwa sebagian besar bahan mempunyai harga yang bersamaan. Komposit gelas-gelas tik 50-50 mempunyai rasio E/ ρ sebesar 20.000 Nm/g. Nilai yang agak rendah ini dijumpai pada komposit buatan. Plastik yang di perkuat gelas harus mengandung sekitar 70% volume gelas, untuk dapat mencapai E/ ρ logam.
Tabel 2.2
Rasio Modulus / Kerapatan (E/ ρ) Untuk Berbagai Bahan

Bahan Kerapatan
Mg/m Modulus Young
Mpa E/ ρ
N.mg
Alumunium 2.7 70,000 26,000
Besi dan baja 7.8 205,000 26,000
Magnesium 1.7 45,000 26,000
Gelas (soda-kapur) 2.5 70,000 28,000
Kayu ( spruce ) 0.43 11,000 26,000
Kayu ( birch ) 0.61 16,500 27,000
Polistiren 1.05 2,800 2,700
Polivinil khlorida 1.3 <4,500 <3,500
Gelas plastic 50% volume ≈1.9 ≈37,000 ≈20,000
Gelas plastic 70%volume ≈2.1 ≈50,000 ≈24,000
• Nilai akan berubah, tergantung pada jenis plastic.

Persen yang tinggi ini memerlukan biaya produksi yang cukup mahal karena diperlukan usaha khusus untuk mengatur arah serat.Pada tabel 15-4.2 terdaftar beberapa jenis komposit dengan modulus yang tinggi.Umumnya, bahan tersebut masih memerlukan teknik produksi serat khusus. Serat boron dan karbon sangat baik,tetapi biaya proses tinggi sehingga penggunannya masih terbatas.

Tabel 2.3
Rasio Modulus / Kerapatan ( E/ρ) Untuk Bahan Yang Mempunyai Prospek Baik Sebagai Bahan Penguat Komposit

Bahan Kerapatan
Mg/m³ Modulus Young
Mpa E/ ρ
N.mg
Alumunium 3.9 400,000 100,000
Boron 2.3 400,000 170,000
Berilium 1.9 300,000 160,000
BeO 3.0 400,000 130,000
Karbon 2.3 700,000 300,000
Karbida Silikon 3.2 500,000 160,000
Nitrida silikon 3.2 400,000 120,000





6. Kegunaan Bahan Komposit
Penggunaan bahan komposit sangat luas yaitu untuk :
a. Angkasa Luar
1) Komponen pesawat terbang
2) Komponen helicopter
3) Komponen satelit
b. Automobile
1) Komponen mesin
2) Komponen kereta
c. Olahraga dan Rekreasi
1) Sepeda
2) Stick Golf
3) Raket Tenis
4) Sepatu Olahraga
d. Industri Pertahanan
1) Komponen Jet Tempur
2) Peluru
3) Komponen Kapal Selam
e. Industri Pembinaan
1) Jembatan
2) Terowongan
3) Rumah

f. Kesehatan
1) Kaki Palsu
2) Sambungan Sendi pada Pinggang
g. Marine / Kelautan
1) Kapal Layar
2) Kayak
h. Dan lain-lain



PENGUJIAN UJI TARIK KOMPOSIT SERAT FIBER
1. Mengenal Uji Tarik Dan Sifat-Sifat Mekanik Material Komposit
Untuk mengetahui sifat-sifat suatu bahan, tentu kita harus mengadakan pengujian terhadap bahan tersebut. Ada empat jenis uji coba yang biasa dilakukan, yaitu uji tarik (tensile test), uji tekan (compression test), uji torsi (torsion test), dan uji geser (shear test). Dalam tulisan ini kita akan membahas tentang uji tarik dan sifat-sifat mekanik komposit serat fiber yang didapatkan dari interpretasi hasil uji tarik.
Uji tarik mungkin adalah cara pengujian bahan yang paling mendasar. Pengujian ini sangat sederhana, tidak mahal dan sudah mengalami standarisasi di seluruh dunia, misalnya di Amerika dengan ASTM E8 dan Jepang dengan JIS 2241. Dengan menarik suatu bahan kita akan segera mengetahui bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tenaga tarikan dan mengetahui sejauh mana material itu bertambah panjang. Alat eksperimen untuk uji tarik ini harus memiliki cengkeraman (grip) yang kuat dan kekakuan yang tinggi (highly stiff). Brand terkenal untuk alat uji tarik antara lain adalah antara lain adalah Shimadzu, Instron dan Dartec.

2. Mengapa melakukan Uji Tarik?
Banyak hal yang dapat kita pelajari dari hasil uji tarik. Bila kita terus menarik suatu bahan (dalam hal ini suatu logam) sampai putus, kita akan mendapatkan profil tarikan yang lengkap yang berupa kurva seperti digambarkan pada Gbr.1. Kurva ini menunjukkan hubungan antara gaya tarikan dengan perubahan panjang. Profil ini sangat diperlukan dalam desain yang memakai bahan tersebut.

Gbr 2.3 Gambaran Singkat Uji tarik dan Datanya
Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut “Ultimate Tensile Strength” disingkat dengan UTS, dalam bahasa Indonesia disebut tegangan tarik maksimum.


a. Hukum Hooke (Hooke’s Law)
Untuk hampir semua logam, pada tahap sangat awal dari uji tarik, hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear zone. Di daerah ini, kurva pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke sebagai berikut:
rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan
Stress adalah beban dibagi luas penampang bahan dan strain adalah pertambahan panjang dibagi panjang awal bahan.
Stress: σ = F/A F: gaya tarikan, A: luas penampang
Strain: ε = ΔL/L ΔL: pertambahan panjang, L: panjang awal
Hubungan antara stress dan strain dirumuskan:
E = σ / ε
Untuk memudahkan pembahasan, Gbr.1 kita modifikasi sedikit dari hubungan antara gaya tarikan dan pertambahan panjang menjadi hubungan antara tegangan dan regangan (stress vs strain). Selanjutnya kita dapatkan Gbr.2, yang merupakan kurva standar ketika melakukan eksperimen uji tarik. E adalah gradien kurva dalam daerah linier, di mana perbandingan tegangan (σ) dan regangan (ε) selalu tetap.
E diberi nama “Modulus Elastisitas” atau “Young Modulus”. Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress seperti ini kerap disingkat kurva SS (SS curve).

Gbr.2.4 Kurva Tegangan-Regangan
Bentuk bahan yang diuji, untuk logam biasanya dibuat spesimen dengan dimensi seperti pada Gbr 2.5 berikut.

Gbr 2.5 Dimensi Spesimen Uji Tarik (JIS Z2201).

Gbr 2.6 Ilustrasi Pengukur Regangan Pada Spesimen

Perubahan panjang dari spesimen dideteksi lewat pengukur regangan (strain gage) yang ditempelkan pada spesimen seperti diilustrasikan pada Gbr 2.6.
Bila pengukur regangan ini mengalami perubahan panjang dan penampang, terjadi perubahan nilai hambatan listrik yang dibaca oleh detektor dan kemudian dikonversi menjadi perubahan regangan.
3. Detail Profil Uji Tarik dan Sifat Mekanik Komposit
Sekarang akan kita bahas profil data dari tensile test secara lebih detail. Untuk keperluan kebanyakan analisa teknik, data yang didapatkan dari uji tarik dapat digeneralisasi seperti pada Gbr 2.7

Gbr 2.7 Profil Data Hasil Uji Tarik
Kita akan membahas istilah mengenai sifat-sifat mekanik bahan dengan berpedoman pada hasil uji tarik seperti pada Gbr 2.7. Asumsikan bahwa kita melakukan uji tarik mulai dari titik O sampai D sesuai dengan arah panah dalam gambar.
Batas elastisσE ( elastic limit)
Dalam Gbr 2.7 dinyatakan dengan titik A. Bila sebuah bahan diberi beban sampai pada titik A, kemudian bebannya dihilangkan, maka bahan tersebut akan kembali ke kondisi semula (tepatnya hampir kembali ke kondisi semula) yaitu regangan “nol” pada titik O (lihat inset dalam Gbr 2.7). Tetapi bila beban ditarik sampai melewati titik A, hukum Hooke tidak lagi berlaku dan terdapat perubahan permanen dari bahan.
Terdapat konvensi batas regangan permamen (permanent strain) sehingga masih disebut perubahan elastis yaitu kurang dari 0.03%, tetapi sebagian referensi menyebutkan 0.005% . Tidak ada standarisasi yang universal mengenai nilai ini. [1].Deformasi tak berubah pada pembebanan.Daerah tegangan yang tidak meninggalkan deformasi apabila beban dihilangkan disebut daerah elastic.
Batas proporsional σp (proportional limit)
Titik sampai di mana penerapan hukum Hook masih bisa ditolerir. Tidak ada standarisasi tentang nilai ini. Dalam praktek, biasanya batas proporsional sama dengan batas elastis.
Deformasi plastis (plastic deformation)
Yaitu perubahan bentuk yang tidak kembali ke keadaan semula. Pada Gbr.5 yaitu bila bahan ditarik sampai melewati batas proporsional dan mencapai daerah landing.
Deformasi bahan disebabkan oleh beban tarik adalah dasar dari pengujian –pengujian dan studi mengenai kekuatan bahan, hal ini disebabkan beberapa alasan:
a. Mudah dilakukan
b. Menghasilkan tegangan uniform pada penampang
c. Kebanyakan bahan mempunyai kelemahan untuk menerima beban tegangan tarik yang uniform pada penampang.Evaluasi dibagian yang aman masih mungkin.
Maka dalam pengujian bahan industri,kekuatan adalah paling sering ditentukan oleh penarikan.
Untuk memberikan evaluasi secara industri terhadap bahan-bahan, setiap negara menetukan batang uji sesuai dengan standar yang ada di negara tersebut. Penentuan tersebut tidak dilakukan dalam penelitian, kecuali karena alas an penggunaan praktis maka batang uji standar industri dapat dipkai.

Tegangan luluh atas σuy (upper yield stress)
Tegangan maksimum sebelum bahan memasuki fase daerah landing peralihan deformasi elastis ke plastis.
Tegangan luluh bawah σly (lower yield stress)
Tegangan rata-rata daerah landing sebelum benar-benar memasuki fase deformasi plastis. Bila hanya disebutkan tegangan luluh (yield stress), maka yang dimaksud adalah tegangan ini.
Regangan luluh εy (yield strain)
Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase deformasi plastis.
Regangan elastis εe (elastic strain)
Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat beban dilepaskan regangan ini akan kembali ke posisi semula.
Regangan plastis εp (plastic strain)
Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat beban dilepaskan regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen bahan.
Regangan total (total strain)
Merupakan gabungan regangan plastis dan regangan elastis, εT = εe+εp. Perhatikan beban dengan arah OABE. Pada titik B, regangan yang ada adalah regangan total. Ketika beban dilepaskan, posisi regangan ada pada titik E dan besar regangan yang tinggal (OE) adalah regangan plastis.
Tegangan tarik maksimum TTM (UTS, ultimate tensile strength)
Pada Gbr.2.7 ditunjukkan dengan titik C (σβ), merupakan besar tegangan maksimum yang didapatkan dalam uji tarik.
Kekuatan patah (breaking strength)
Pada Gbr.2.7 ditunjukkan dengan titik D, merupakan besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah.
Tegangan luluh pada data tanpa batas jelas antara perubahan elastis dan plastis

Untuk hasil uji tarik yang tidak memiliki daerah linier dan landing yang jelas, tegangan luluh biasanya didefinisikan sebagai tegangan yang menghasilkan regangan permanen sebesar 0.2%, regangan ini disebut offset-strain(Gbr 2.8 ).

Gbr.2.8 Penentuan Tegangan Luluh (yield stress) Untuk Kurva Tanpa Daerah Linier
Perlu untuk diingat bahwa satuan SI untuk tegangan (stress) adalah Pa (Pascal, N/m2) dan strain adalah besaran tanpa satuan.
4. Istilah-Istilah dalam Uji Tarik
Selanjutnya akan kita bahas beberapa istilah lain yang penting seputar interpretasi hasil uji tarik.

a. Kelenturan (ductility)
Merupakan sifat mekanik bahan yang menunjukkan derajat deformasi plastis yang terjadi sebelum suatu bahan putus atau gagal pada uji tarik. Bahan disebut lentur (ductile) bila regangan plastis yang terjadi sebelum putus lebih dari 5%, bila kurang dari itu suatu bahan disebut getas (brittle).
b. Derajat kelentingan (resilience)
Derajat kelentingan didefinisikan sebagai kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase perubahan elastis. Sering disebut dengan Modulus Kelentingan (Modulus of Resilience), dengan satuan strain energy per unit volume (Joule/m3 atau Pa). Dalam Gbr.2.3, modulus kelentingan ditunjukkan oleh luas daerah yang diarsir.
c. Derajat ketangguhan (toughness)
Kapasitas suatu bahan menyerap energi dalam fase plastis sampai bahan tersebut putus. Sering disebut dengan Modulus Ketangguhan (modulus of toughness). Dalam Gbr.2.7, modulus ketangguhan sama dengan luas daerah dibawah kurva OABCD.
d. Pengerasan Regang (strain hardening)
Sifat kebanyakan logam yang ditandai dengan naiknya nilai tegangan berbanding regangan setelah memasuki fase plastis.
e. Tegangan sejati , regangan sejati (true stress, true strain)
Dalam beberapa kasus definisi tegangan dan regangan seperti yang telah dibahas di atas tidak dapat dipakai. Untuk itu dipakai definisi tegangan dan regangan sejati, yaitu tegangan dan regangan berdasarkan luas penampang bahan secara real time. Detail definisi tegangan dan regangan sejati ini dapat dilihat pada Gbr.2.9.

Gbr.2.9Tegangan dan Regangan Berdasarkan Panjang Bahan Sebenarnya
5. Sifat Mekanik Material Pada Pengujian Uji Tarik
Pada Pengujian Uji Tarik kita bisa memperoleh beberapa informasi sifat mekanik material seperti dibawah ini :
a. Modulus Young
Modulus Young adalah perbandingan antara Tegangan dan regangan. Modulus Young sering juga disebut sebagai modulus elastisitas atau modulus perenggangan. Modulus Young adalah penyerongan dari curva tegangan dan regangan.
Kurva tegangan dan regangan sering kali tidak berbentuk garis lurus, yang menandakan bahwa terjadinya perubahan pada besar regangan dari suatu benda.
Berikut ini adalah contoh kurva yang menunjukkan modulus Young

Gambar 2.10 Kurva Modulus Young
Material yang kaku, seperti besi, memiliki modulus young yang besar. Umumnya Fiber juga memiliki modulus Young yang besar dan memiliki nilai elastomer yang kecil.

Modulus Young dapat juga di tuliskan sebagai berikut:

b. Stress (Tegangan)
Tegangan merupakan gaya per unit luas dari material yang menerima gaya tersebut.

Unit dari tegangan adalah sama dengan tekanan yang dialami oleh suatu material. Kita dapat menggunakan Pascal (Pa) untuk menguraikannya sebagai unit dari tegangan. Dalam literatur polimer, tegangan sering kali ditampilkan dalam satuan Psi (pounds per square inch)
1 Mpa = 145 PSi

Gambar 2.11 Tegangan








c. Strain (Regangan)
Regangan adalah merupakan ukuran perubahan dari panjang dari suatu material. Ketegangan biasanya ditampilkan dengan dua cara
• Elongation



• extension ratio


Gambar 2.12 Regangan

Kurva strain and Stress

Gambar 2.13 Kurva strain and Stress

Pada kurva dapat kita lihat bahwa, tegangan yang ditampilkan dengan elongation. Strain and stress kurva merupakan ukuran dengan instrument yang digunakan dalam percobaan tegangan benda.
Dapat kita lihat bahwa pada saat terjadi perpanjang regangan pada material, maka akan terjadi kepatahan pada material.

Gambar 2.14 Tekanan
F F F F F F




F F
F F


F

F F

F 
Gambar di atas melukiskan suatu batang yang mempunyai penampang serbasama ditarik dengan gaya F pada kedua sisinya. Batang dalam keadaan tertarik. Bila dibuat irisan di batang (gambar b) yang tidak dekat ujung batang, maka pada irisan tadi terdapat tarikan dengan gaya F yang merata di penampang batang (sistem dalam keadaan seimbang). Dari sini dapat didefinisikan tegangan di irirsan tersebut sebagai perbandingan antara gaya F dengan luas penampang A.

Tegangan : S = F/A ( N/m2 = Pascal)

Tegangan tersebut disebut tegangan tarik.
Bila irisan tadi dibuat sembarang (membentuk sudut), maka luasannya menjadi A’ dan dan gaya F tadi bisa diurakan menjadi dua komponen, yaitu F (tegak lurus/normal terhadap A’ dan F  (sejajar/tangensial terhadap A’). Maka tegangan dapat diurakan menjadi :

Tegangan normal = F / A’

Tegangan tangensial (geser) = F  /A’

Demikian juga sebaliknya, bila gaya pada balok mengarah ke balok. Tegangannya disebut tegangan tekan.
Bila gaya diberikan pada balok tersebut memberikan tegangan tarik, maka balok tersebut juga mengalami perubahan bentuk yang disebut regangan.



Lo

L
F F


L
Gambar 2.15 Regangan

Regangan tarik = L - Lo = L
Lo Lo

Regangan tekan dapat didefinisikan dengan cara sama, dengan L sebagai pengurangan panjang.
Bila gaya yang diberikan memberikan tegangan geser maka perubahan bentuk pada balok menjadi :








x
b b’ c c’



h 



Gambar 2.16 Tegangan Geser
a,a’ d,d’

Regangan geser = x/h = tg    ( karena x << h)

Regangan dikarenakan tekanan hidrostatis disebit regangan volume :

Regangan volume = V
V



Elastisitas dan Plastisitas
Hubungan antara tegangan dan regangan menyatakan elstisitas bahan tersebut. Grafik tegangan sebagai fungsi regangan suatu logam dapat digambarkan sebagi berikut :


T
e c
g b d
a a
n
g a : batas proporsional
a b : batas elastik
n o - b : sifat elastik
b - d : sifat plastik
d : titik patah

O
Regangan
Gambar 2.17 Grafik Tegangan Regangan

Bagian pertama (O - a) tegangan sebanding dengan regangan, a adalah batas proporsional tersebut. Dari a sampai b tidak sebanding lagi, tetapi bila beban diambil, kurva akan kembali ke titik a lagi. Titik a sampai b masih bersifat elastik dan b adalah batas elastik. Bila beban di ambil setelah melewati b, misal di c, kurva tidak kembali ke b tetepi kembali melellui garis tipis. Sehingga panjang tanpa tegangan menjadi lebih besar dari semula. Bila beban ditambah terus sampai patah di d, d disebut titik patah. Bila b sampai d cukup besar, bahan tersebut bersifat ulet, tetapi kalau sangat pendek disebut rapuh.
d. Modulus Elastik
Perbandingan antara tegangan dan regangan disebut modulus elastik bahan.
Modulus Young
Bila kita perhatikan tegangan dan regangan tarik/tekan, sampai batas proporsional, perbandingan tegangan dan regangan disebut : modulus Young, Y :

Tegangan tarik Tegangan tekan
Y = =
Regangan tarik Regangan tekan

F / A’
Y =
L / Lo