Daya-Daya Pada Bahan (B1)

BAB 1 : DAYA DAN BAHAN

1.1  KESAN DAN JENIS BEBAN

Beban adalah sejenis daya yang bertindak ke atas sesuatu bahan. Beban boleh dipecahkan kepada 4 kategori, iaitu

Jadual 1.1

Bil	Jenis Beban	Keterangan	Contoh
1	Statik Static	ianya adalah dari jenis beban yang tak berubah	Berat jasad. Bangunan
2	Dinamik dynamic	ianya adalah dari jenis beban yang berubah/tidak tetap	Beban melalui jambatan
3	Hentaman impact	ianya beban mengejut atau bertindak serta merta	Penanaman cerucuk Mengetuk paku
4	Lesu atau ulangalik	ianya beban yang berubah-ubah secara tetap	Omboh enjin

1.2  JENIS DAYA

Daya pula boleh dipecahkan kepada beberapa jenis :

Jadual 1.2

Daya-daya ini akan memberikan kesan kepada bahan yang dikenakan. Antara kesan-kesan daya ialah :

Jadual 1.2a

1.3  SIMBOL – SIMBOL LAZIM

Sebelum memasuki unit ini, sepatutnya kita perlu tahu tentang simbol-simbol yang biasa digunakan. Simbol-simbol lazim (Jadual 1.2) ini juga  akan digunakan dalam unit-unit seterusnya.

Jadual 1.3 Simbol-simbol lazim

1.4  TEGASAN NORMAL (s)

Apabila daya P dikenakan pada satu bar, maka ianya akan menyebabkan berlaku pemanjangan pada keratan x-x. Satu daya yang sama nilai dengan daya P akan terhasil/wujud di dalam bar dalam arah bertentangan suapaya ianya akan berada di dalam keadaan keseimbangan. Daya yang wujud pada keratan x-x itu dikatakan teragih secara seragam pada keseluruhan keratan rentas dan ianya dikenali dengan nama tegasan.

 

When the force P applied at a bar, it just causes elongation at section xx. A similar force with the force P value will be created / exists in a bar in the opposite direction to prevent them getting it will be in equilibrium. Forces that exist at section xx is said to be uniformly distributed throughout the section and it is known as stress

 

Unit untuk tegasan adalah N/m² @ Pascal (Pa), di mana unit daya adalah Newton (N) dan unit luas adalah m².

Tegasan normal boleh dipecahkan kepada dua jenis iaitu tegasan tegangan dan tegasan mampatan, di mana kedua-duanya dibezakan kepada arah tindakan daya dalaman. Tegasan tegangan (rajah 5.1) berlaku apabila daya dalaman adalah berada dalam keadaan tegangan atau dalam arah keluar daripada bahan. Tandaan tegasan tegangan adalah positif (+ve). Manakala, tegasan mampatan (rajah 5.2) adalah sebaliknya, iaitu daya dalaman dalam keadaan mampatan atau dalam arah ke dalam bahan. Tandaan tegasan mampatan adalah negatif (-ve).

1.5  TERIKAN NORMAL (e)

                           

Apabila satu daya P dikenakan pada sesuatu bahan, perubahan bentuk akan berlaku ke atas bahan tersebut. Nisbah perubahan bentuk bahan tersebut dinamakan Terikan Normal. Terikan normal ditakrifkan sebagai pemanjangan atau pemendekkan yang berlaku ke atas ukuran seunit panjang bahan tersebut.

Tiada unit untuk terikan disebabkan ianya hanyalah satu nisbah, manakala unit untuk pemanjangan@pemendekan@ panjang asal adalah m.

Terikan juga boleh dipecahkan kepada dua jenis iaitu Terikan Paksi dan Terikan Sisi. Terikan paksi yang juga disebut sebagai terikan membujur, berlaku pada arah kenaan daya, manakala terikan sisi berlaku pada arah serenjang dengannya. Untuk rod, takrifan terikan paksi dan sisi boleh dipermudahkan seperti di bawah.

Bagi bahan anjal, terikan-terikan ini mempunyai hubungan, di mana satu pemalar dapat dibentuk yang dinamakan Nisbah Poisson, (n). Nisbah Poisson ini boleh ditakrifkan sebagai nisbah terikan sisi kepada terikan paksi.

 

                                    

1.6 HUKUM HOOKE DAN MODULUS KEANJALAN

Kita boleh mengetahui beberapa sifat mekanikal bahan dengan melakukan ujian tegangan menggunakan mesin ujian yang boleh mengenakan beban paksi tulen. Daripada ujian tersebut, kita mendapat beberapa data dan antaranya adalah data-data tegasan dan terikan yang berlaku ke atas spesimen yang dikaji. Contoh gambarajah tegasan-terikan adalah seperti rajah 5.3 di sebelah.

Dalam had elastik (0-1), bahan akan kembali kepada keadaan asal selepas daya dilepaskan. Ianya menepati satu hukum yang dinamakan Hukum Hooke, yang menyatakan bahawa tegasan adalah berkadar terus dengan terikan bagi sesuatu bahan anjal selagi tidak melepasi had anjal. Maka, satu pemalar yang dapat menunjukkan hukum hooke ini, iaitu Modulus Young (Modulus Keanjalan), di mana ianya juga adalah kecerunan garislurus di dalam had elastik itu.

Selain daripada data tegasan-terikan, beberapa keputusan lagi dapat diketahui daripada ujian tegangan yang dijalankan, antaranya :

                       

                       

Daripada keputusan-keputusan yang telah diperolehi, maka beberapa sifat bahan yang baru dapat diperolehi, iaitu :

1.7 FAKTOR KESELAMATAN

Dalam kehidupan seharian, memang sukar untuk menentukan dengan tepat beban yang dikenakan ke atas satu-satu struktur. Ianya disebabkan terdapat pelbagai halangan dan rintangan luar yang timbul seperti rintangan angin, air, graviti dan sebagainya. Oleh itu sebagai langkah keselamatan, para perekabentuk telah sepakat untuk menggunakan faktor keselamatan yang boleh memberi basi keselamatan terhadap nilai yang diperolehi. Faktor keselamatan boleh ditakrifkan sebagai nisbah beban maksima dengan beban kerja.

1.8 TEGASAN DAN TERIKAN RICIH

Tegasan ricih hanya berbeza dari segi arah tindakannya jika dibandingkan dengan tegasan normal, di mana arah tindakan tegasan ricih adalah sama dengan arah daya yang bertindak. Tegasan ricih ini banyak terdapat dalam penggunaan kejuruteraan seperti penyambungan rivet, bolt, pin, sendi dan kimpalan dan juga dalam operasi pemotongan besi, penebukan lubang dan sebagainya. Daripada gambarajah di atas, diketahui :

unit untuk tegasan ricih adalah sama dengan unit tegasan normal iaitu N/m² @ Pa.

Tegasan ricih boleh dipecahkan kepada 2 jenis iaitu, tegasan ricih tunggal dan tegasan ricih berganda. Tegasan ricih tunggal adalah seperti gambarajah sebelum ini, manakala tegasan ricih berganda adalah seperti gambarajah di bawah.

Tegasan ricih ini akan menyebabkan berlaku perubahan bentuk pada bongkah. Bongkah tersebut akan mengherot seperti rajah 5.4 akibat tindakan daya ricih. Herotan tersebut akan menghasilkan satu sudut yang dinamakan sudut ricih. Walaubagaimanapun, perubahan sudut ricih ini adalah sangat kecil. Oleh sebab itu, kebiasaannya sudut ini dinamakan terikan ricih. Terikan ricih, g boleh ditakrifkan sebagai perubahan sudut yang berlaku akibat daripada tegasan ricih.

unit untuk terikan ricih adalah dalam radian (rad).

1.9 Rumusan dan himpunan formula

Formula yang perlu diingati untuk menyelesaikan masaalah daya-daya pada bahan.

Jadual 1.5