Studi Numerik dan Eksperimental karakteristik Dinamik Model Sistim Suspensi

JURNAL ENERGI

DAN MANUFAKTUR

DEWAN

REDAKS]

Ketua Penyunting : Prof. Dr. Tjokorda

Gde Tirta Nindhia,

ST, MT.

Penyunting

Ahli

: Prof. Dr. lr. I GB Wijaya K.

Prof. Dr. lr. I NG Antara, MEng,

Prof. Dr. TG Tirta N, ST, MT.

I N Suprapta

Winaya,

$T, MASc, PhD.

Dr.Eng.

Made Sucipta,ST.,MT

I Made Widiyarta,ST.,MEng.Sc.PhD

lr. Ngakan

Putu Gede Suardana,MT.,PhD

Dr. lr. I Wayan Surata, M Erg

Prof. Dr. Ing. lr. I Made Londen Batan, MEng.

Prof. lr. I N Sutantra, MSc, PhD.

Prof. Dr. lr. I NG.Wardana,

MEng.

Dr. lr. Suhanan,

DEA.

Dr. lr. Yanuar,

MEng,

MSc.

Prof. Dr. lr. Johny Wahyudi S, DEA.

lr. I GN Wiratmaja

Puja, MSME,

PhD.

Dr. lr. Dipl.lng.

Berkah

Fajar

TK.

Prof. Dr. Ing. lr. Harwin Saptoadi,

MSE.

Jurusan Teknik Mesin, Universitas

Udayana

Kampus Bukit Jimbaran, Badung - Bali. 80362

Telp./ Fax. : 0361 703321

e-mail : iem.iurnal@yahoo.com

iem.iurnal@gmail.com

(Unud)

(Unud)

(Unud)

(Unud)

Unud!

Unud)

Unud)

Unud)

rTs)

rTsl

UB}

UGM)

(ut)

(ut)

(rrB)

(Undip)

(uGM)

Penyunting Pelaksana :

I Ketut Adi Atmika, ST., MT.

I Made Astika, $T., MErg, MT.

DNK. Putra Negara, ST, MSc.

lGK. Sukadana,

ST., MT.

AAIA. Sri Komala Dewi, ST., MT.

I Made Gatot Karohika, ST., MT.

I Gede Teddy Prananda Surya, ST.,MT

Jurnal Energi dan Manufaktur

Volume 5, Nomor 1, Oktober 2012

Kata Pengantar

Puji syukur tercurahkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas terbitnya

Jurnal

Energi dan Manufaktur Volume 5 Nomor 1 pada butan Oktober 2012 ini, yang

merupakan kelanfutan Jurnal llmiah Teknik Mesin &abtalW.,

Fakultas Teknik

Universitas

Udayana. Penerbitan

jurnal ini bertujuan menyediakan media publikasi

untuk hasil-hasil penelitian maupun kajian aplikasi di bidang Teknik Mesin, baik

untuk penelitian

dikalangan

internal

maupun eksternal

kampus Universitas

Udayana.

Kami harap dapat lebih memperluas

perkenalan

dan interaksi dengan para peneliti

dari institusi pendidikan maupun peneliti dan mengundang partisipasi penulis

laporanimakalah

penelitian

dari luar Universitas

Udayana lebih banyak lagi.

Dewan redaksi mengucapkan

terima kasih atas dukungan dan motivasi dari

rekan-rekan

di kampus serta pimpinan

jurusan dalarn merealisasikan

terbitnya

jurnal

ini. Dewan redaksi juga menyampaikan

terima kasih atas partisipasi rekan*rekan

peneliti, terlebih untuk partisipan dari luar Universitas Udayana yang telah

mengirimkan

naskahnya untuk dipublikasikan

melalui Jurnal Energi dan Manufaktur

Teknik Mesin Universitas Udayana. Dalam Volume 5, Nomor 1, Oktober 2O12 ini

disajikan

dua beias artikel.

Akhirnya dewan redaksi berharap semoga artikel-artikel

dalam jurnal ini

bermanfaat bagi pembaca dan memperkuat semangat untuk ikut dalam

mengembangkan

ilmu dan teknologi

terutama di bidang Teknik Mesin. Kami tunggu

naskah-naskah

untuk penerbitan

berikutnya.

Daftar lsi

J U D U L

AUTOR

INSTITUSI

HALAMAN

Studi Numerik

Dan

Eksperirnental

Karakteristik

D r n a m i k

M o d e l S i s t i m

A s n a w i

L u b i s

t ) ' d a n

Z u l h e n d r i

H a s y m i 2 )

t''iJurusan

Teknik

M e s i n

F a k u l t a s

T e k n i k

Universrtas

Lampung

t - o

..,Q-u.9penqr-eengaruh

Penggunaan

Suction Liquid Heat

Exchanger Dan Tube ln

Tube Heat Exchanger Pada

Refrigerator

Terhadap

Daya

Kompresor Dan Waktu

Ega Taqwali Berman

Jurusan

Pendidikan

Teknik Mesin, FPTK

U niversitas

Pendidikan

Indonesia

7 - 1 3

P.en9iryire!

P e n g a r u h

J u m l a h

D a n P o s i s i

Pemasangan

Guide Vanes

Pada Elbow Ducting

Terhadap

Besarnya

Pressure

Drrsp

S t u d i E k s p e r i r n e n t a i

P e n g a r u h

V a r i a s i

B a h a n

Kering

-l-erhadap

Produksi

D a n N i l a i

K a l o r B i o g a s

K o t o r a n

S a p i

A.A N.B Mulawarman

1)-

I Gusti Bagus^.

Wijaya Kusuma

''

Made Sucipta

''

'' Program Pasca

Sariana

Teknik Mesin

Unud 2 3) Jurusan

Teknik Mesin

Universitas

Udayana

- - -Ttrrtanas-isw-a

.tuiusan

Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas

U d a y a n a

' ' t ) J u r u s a n

T e k n i k

M e s i n

F a k u l t a s

Teknik Universitas

-1 4 - 2 -1

I P u t u Awing.

W i r a t m a n a ', lGusti

K e t u t

S u k a d a n a ' )

d a n

I G u s t i N q u r a h

P u t u

"Y I e n a y a ''

2 2 - 3 2

P e r n u r n i a n

i 3 i o g a s

D a r i G a s

Pengotor l-iidroqi:n

Sulfida

( f 1 r S )

D r : n g a n

M e m a n f a a t k a n

L i m b a h

G r a m B e s i P r o s e s

P e m b u b u i a n

Komang i\,1etty

Trrsna

Negara " . Tjokorda

G d e T i r t a N i n d h i a

2 ) ,

I

M a d e Sucipta

P ) ,

t

Ketut Adi Atmika

a),

Dewa Ngakan_Ketut

Putra Negara

"), I

Wayan Surata

o),

A . A lA S r i

Komaladewi

7)

-U9eyqrs--_

_

' ) K a r y a

S i s w a 5 2

Teknik Mesin

[Jniversitas

Udavana

2 3 4 5 ' 6 ' 7 ) D o s e n T e k n i k

Mesin Universitas

Udayana

3 3 - 4 1

. r \ n a l i s r s

P e i

a n c a n q a n

D a n

i j r e d i k s i

K r n e r ; a

S e b u a h

A l a t

i r e n u k a r

K a l o r

J e n i s S h e l l

A n c ' fu b e Fendingin

A l i r a n

A i i ' P a d a P l i a ia t i l u h u r

Y o p i H a n d o y o l ) -A h s a n "

t t '

J u r u s a n

T e k n i k

M e s i n ,

U n i v e r s i t a s

l s l a m ' 4 5 '

B e k a s i

4 2 - 5 0

P r : n c r a p a n lc k r i o t o o i Las G e s e k ( F r i c t r o n W e l d i n g ) i,::: 1t r, r i) rg :li::,, J , r : i : " r : : t ; t : . i t ! : : - : . ' ; - ; : 1 i l . i i l ; r i i , r a L c q a r r t i.jaj.l lii:,;DOn l i r : r r d a h

B u d i Luwar Sanyoto

N u i -

l l u s o d o "' i ' l r i

S a n i ; u n

- S

- ' M a h r r u l

M u r s i c i ' "

' - _' i i l -l " -l g J , L l l i r : l , ' i M e s r i - r , i: T l i T S i r 1 6 0

Peningkatan

Efisiensi

Absorbsi

Radiasi

Matahari

B

Pada Solar Water Heater

Dengan Pelapisan

Warna

Hitam

NK.Caturwatil)',

YuswardiY

2).

Nino S

J I

t't't)

Jurusan

Teknik

Mesin Universitas

Sultan Ageng

Tirtayasa

6 1 - 6 6

Pengaruh

Post Weld Heat

Treatment

Terhadap

9

Ketangguhan

Dan Korosi

Sambungan

Las Spiral Saw

Pada Pipa Baja Astm 4252

lpick Setiawan

1)',

Mochammad Noer

llman

2)

t)

Staf Pengajar

Jurusan

Teknik Mesin

Universitas

Sultan

Ageng Tirtayasa..

Cilegon Banten

'' Staf

Pengajar Jurusan

Teknik Mesin Dan

Industri,

Fakultas

Teknik Universitas

Gadjah Mada

6 7 - 7 5

1 0

Studi Eksoerimental

Pengaruh

Bilangan

Reynolds Pada Keefektifan

Dan Koefisien

Tekanan

Penukar

Panas Berkas Pipa

E l i p t i k

S u s u n a n

B e r s e l i n g

B u d i U t o m o

K u k u h

Widodo

1)'.

$amsul

K a m a l

' ) , S u h a n a n

t ) ,

I

Made Suardjaja

a)

1)Kandidat

Doktor

Teknik Mesin FT UGM

t't'o)

Jurusan

Teknik

Mesin Dan lndustri

Fakultas

Teknik UGM

Jl, Grafika No. 2.

Jogyakarta

55281

,

T e l p / F a x

: 0 2 7 4

-521673

7 6 - 8 1

1 1

Unjuk Kerja Destilasi

Air

E n e r g i

S u r y a

I Gusti Ketut Puja

1)',.

F A . R u s d i

S a m b a d a ' r

1 2 )

P r o g r a m

S t u d i

Teknik Mesin Fdkultas

Sains Dan Teknologi

Universitas

Sanata

D h a r m a

8 2 - 8 8

a a

Penentuan

Parameter

P r o d u k s i M a t e r i a l

R e m

R a m a h

L i n g k u n g a n

U n t u k

Aplikasi

Kereta Api

Menggunakan

Serat Tandan

Kosong Kelapa Sawit

Sebagai Penguat

H i l m a n

S y a e f u l A ",

IGN Wiratmaja Pudja

'', Agus Triono "'

' U o t B a l a i

Pengembangan

lnstrumentasi

Lipi

t'3)

Jurusan Teknik

Mesin, Institut

Teknologi

Bandung

8 9 . 9 7

Studi Numerik dan Eksperimental

Karakteristik

Dinamik

Model Sistem Suspensi

Asnawi Lubisll', Zulhendri Hasymi2)

t t)Jurusan _{Teknik Mesin Fakuhas Teknik Universitas Lampung}

Jalan Professor Sumantri Brojonegoro No.1, Gedongmeneng, Bandar Lampung 35145

Email: asnawl-lubis@unila. ac.id

Abstrak

Karakteristik dinamik suatu struktur mesin sangat penting untuk diketahui untuk menghindari getaran yang

berlebihan pada struktur tersebut. Karakteristik dinarnk tersebut ditentukan oleh freku€nsi pribadi, amplitudo dan modus getar. Getaran pada suatu struktur mesin dapet teriadi karena adanya eksitasi baik yang berasal dari dalam maupun dari luar sistern: Jika ftekuensi eksitasi berada di sekiiar frekuensi pribadi sistem maka clapat terladi fenomena resonansi, yang akan mengakibatkan amplitudo getaran yang tinggi. Amplitudo yang tinggi yang equivalent dengan defleksi dapat mengakibatkan kegagalan pada suatu sistem mesin ataupun struktur- Tulisan ini melapo*an hasil kajian secara numerik dan experimental terhadap karakteristik dinamik suatu model sistim suspensi. Sistim suspensi dirnodelkan dan dianalisis secara numerik menggunakan metode elemen hingga dan diuji secara experimental menggunakan perangkat Universal Vibration System (UVS) untuk memperoleh karakteristik dinamik yang meliputi frekuensi pribadi dan amplitudo getaran. Hasil studi menunjukkan bahwa amplitodo makin besar pada nodal atau posisi yang makin jauh dari tumpuan pegas.

Kata kunci: Frekuensi pribadi, karakteristik dinarnik, amplitudo, resonansi.

Abstract

Dynamic characteristics of a structure are very important to be known in order to avoid excessive vibration on the structures. These charaderistic are natural frequency, amplitude. and vibration modes. Vibration of a structure may result from internai or external excitation. lf the value of excitation frequency has the same or around the value of natural frequency, then resonance can occur that lead to higher and higher amplitude. The high amplitude that eguivatent to high deflection can lead to failure of the structure. This paper reports results of numerical and experimental studies of dynamic characteristic of a model suspension system. The system is modeled and analyzed using finite element analysis and verified experimentally using Universal Vibration System (UVS) to obtain dynamic characteristic in terms of natural frequency and amplitude. The results confirm that amplitude becomes higher ai ihe middle of the model at the farthest distance from the spring support.

Keywords: natural frequency. dynamic characteristic. amplitude, resonance 1 . P E N D A H U L U A N

Getaran yang terladi pada mesin-mesin atau struktur biasanya menimbulkan efek yang tidak dikehendaki, seperti ketidaknyamanan, ketidaktepatan dalam pengukuran atau rusaknya struktur mesin. Getaran teriadi karena adanya eksitasi baik yang berasal dari dalam maupun dari luar sistem dan efek getaran tersebut berhubungan dengan frekuensi pribadi sistem yang bergetar. Jika frekuensi eksitasi berada di sekitar frekuensi pribadi sistem maka akan terjadi fenomena resonansi, yang akan mengakibatkan amplitudo getaran yang pating besar Amplitudo equivalent dengan defleksi. sehingga resonansi dapai menyebabkan terjadinya kegagalan pada sistem ataupun struklur.

Respons mekanik dapat mewakiii perilaku mekanik sebuah struktur yang dikenai gaya eksitasi. Respons mekanik tersebut sangat dipengaruhi oleh parameler sistem dinamik struktur tersebut, Pada suatu struktur mekanik terjadinya gejala getaran tergantung pada massa, kekakuan dan faktor redamannya, sedangkan perilaku dinamik dari struktur tersebut ditentukan oleh karakteristik dinamik yang berupa frekuensi pribadi, amplitudo dan modus getar Penentuan karakteristik dinamik tersebut dapat dilakukan melalui kaji teoritik. numerik maupun eksperimental. Karakteristik dinamik suatu struktur sangat penting untuk diketahui, karena dengan mengetahut karakteristik dinamik maka peristiwa getaran yang berlebihan dapat dihindari.

Sistem pegas-balok banyak digunakan dalam aplikasi teknik, misalnya untuk sistem tumpuan pada struktur mesin dan sistem suspensi pada otomotif. [7] melakukan penelitian dengan menggunakan computer sofl\ilare For1ran77 uniuk menentukan karakieristik dinamik model sistem pegas-peredam kejut-massa dengan perubahan harga kons{anta peredaman. Parameter yang diukur adalah waktu yang diperlukan untuk berosilasi (l) dan simpangan (x) yang dihasilkannya, Tulisan ini melaporkan hasil simulasi numerik menggunakan metode elemen hinqga unlL,rk mengetahui karakteristik dinamik sebuah model sistim suspensi yang terdiri dari konfigurasi pegas-r y pegas-r A pegas-r q s a ! a f r p a p c r c d a m d e n g a n p e r u b a h a n p a d a rrilai k o n s t a r r t a p e g a s n y a S i s t e m i n i m e i " u p a k a n o e m o d e i a n d a r i s r s t e r r s u s p e n s r l i a d a k e n d a r a a n m o b i l p e n u m p a n g d a n s i s t e m tu m p u a n p a d a m e s i n . P a r a m e t e r y a r t q dtui<tlt a i J a i a h f r - e k u e n s i p r i b a d r ( l , l s c r t a a m p l i t u d o g e t a r a n ( . $ U n t u k v a l i d a s i h a s i l n u n r e r i k d i l a k u k a r r e x p e r t m e r r l a l d e r r q a n m e n q g u n a k a n u n i v e r s a i v i b r a t i o n s y s t e m .

i ) { r n u l i s !a r e s p o n c i o i l s ! p i l t r e . ; 6 2 ':1)i /01609 +E?: i21. t'0267?,. +62'i2', 7A297i \ I m a r l . a s n a w r l i i b r s ( @ u n r l a . a c . r d

2. METODE

2.1. Model Sistem Suspensi

Gambar 1a menunjukkan _{sebuah model sistem suspensi yang umum dipakai pada aplikasi kendaraan mobil} penumpang. Sistem suspensi tersebut terdiri dari sepasang pegas di bagian depan dan sepasang pegas di bagian belakang. Lliasanya terdapat juga sepasang peredam bersama dengan pegas, namun pada analisis ini kehadtran peredam diabaikan dan model sistem suspensi dimodelkan sebagai sistem pegas balok seperti pada G a m b a r 1 b d a n l c .

lr)ersarnaan gei'ak untuk sistim yang ditunjukkan _{oleh Gambar 1b dan 1c dapat diturunkan sebagai berikut:} l)ari keseimbangan gaya arah vertical, diperoleh.

[)ari keseimbangan momen terhadap titik G

Persamaan (2) dan (4) dapat ditulis dalam bentuk matriks sebagai berikut:

| ,, o j f ;l | {t, +t,)

(k,t.

fo rrl\el*ltk,/,-fr,/,,

(k,tu=

Dimana, x = xsin.ctit

0 = 0sinatt

i r r i + k , ( . y

- 1,0)

r k . ( x 1 l"q - 0

mi + (k, +,t. )x + lk.l" - k,l,)0 = O

J , . A

- k , ( x - 1 , 0 ) t ,

+ k " ( x + t r g l , = 0

J c i ) r g . t .

k , / , ) x r ( k , 1 , :

+ k , | 2 2 ) 0

( 1 ) \ z ) (3) (4)

- l l , ) . 1 | . ' l lol

r k . t , - \ l l 0 l l0l

/ A \ l o , .12tx + l28l t r i

Gambar l Model sistem suspensi pegas-balok

Dengan memasukkan nilai-nilai x dan 6 beserta dengan masing-masing turunan keduanya, maka ciiperoleh

l { t , n t " - a t l m )

- ( k J , - k 2 t )

- l f r l

| -{n,i,

-0.,.) (k,[,'

--+'k',t"1

-

,r .t,ll1oi iOt

i.lilai nilai irekuensi natural adl dan o" dapat diperoleh dengan teori determinan. : i . ; r . i r { } i n o d e l a n [iemcn Hingga Sistim pegas Balok

Struklur pegas-balok dibuat melalui nodal-nodal yang dibagi menjadi 21 nodal sepertr pada Gambar 3 i ' l o t j a i 1 l l 2 0 dan 16, 21 adalah untuk elemen pegas yang menggunakantipe elemen cCjvatrut+ dari ANSyS t : l a n t c i i l li b r t s r y l:lemcn ini rnempunyai kapabiliias longitudinal dan torsional baik dalam aplikasi 1D 2D, maupun 3ll

N o d a i 1 . 2 ' 3 ' 4 ' 5' 6. 7, ti 9, '1 _{c . 1 1 1 2 , 1 4 't5,17}

\ B d a n 1 9 a d a l a h u n t u k e l e m e n b a t o k y a n g

; ; t c r ; c ; ( l i . : n a k a r i _{e l e l m c n t l l i : A M 4 rjari ANSYS elemen iibrary. Llemc\r] Inr mempLrnyar 3 nodal dan settap nocjal}

rrlernprinyai 6 de;'a1at _{kebebasan, yaitu translasr pada arah sumbu-x. .y, dan - z serta rotasi terhadap srrmbu-x}

(6)

* 1 ( x - 1 1 9 )

y , dan -2. sedangkan untuk exifer yang didefinisikan oleh elemen MASS21, posisinya berubah-ubah pada nodal 1, 2, 3,4, 5, 6, 7, B dan 9. Gambar 2 menunjukkan tipe-tipe elemen yang dipakai pada pemodelan sistem s u s o e n s i , K (n*hftnl]

1",

L'fc'i

?t. ,{, .'')";i

1,"11Y;':--:L'

( b ) l a ) { f }

Gambar 2. Tipe elemen untuk model sistim suspensi, (a) BEAM4, (b) MASS21, (c) COBINl4

Gambar 3 menunjukkan model elemen hingga yang di analisis. Kondisi batas (boundary candition) tiiterapkan pada nodal 20 dan 21 yang merupakan ujung pegas yang dijepit (full fixed), sehingga pada bagian t e r s e b u t t i d a k d a p a t b e r g e r a k p a d a a r a h s e m u a s u m b u (X , Y d a n Z ) . P a d a n o d a l 1 3 d a n 1 6 d i m a n a u j u n g p e g a s rnenempet pada balok, constraint dilakukan untuk perpindahan dalam arah sumbu-x (UX) dan arah sumbu-z (UZ) agar pegas hanya bergerak pada arah sumbu Y. Beban yang diberikan adalah beban harmonik dengan frekuensi eksitasi 0 sampai dengan 50 Hz, dimana sumbereksitasi berasal dari exiteryang divrakili oleh elemen n r a s s 2 1 . P o s i s i p e m b e b a n a n p a d a n o d a l 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 d a n r e s p o n d i n a m i k n y a d i e v a l u a s i p a d a m a s i n g -masing nodal tersebut.

2 . 3 . P e n g u j i a n E k s p e r i m e n t a l

Garnbar 4 rnenunjukkan skema eksperimental untuk terdiri dari pegas-baiok. Balok yang digunakan adatah masing ujungnya. Sumber getaran berasal dari exiter.

menguji karakteristik dinamik model sistim suspenst yang b a l o k s e r a g a m d e n g a n tu m p u a n p e g a s p a d a m a s i n g

-K e t e r a n g a n u n t u k G a m b a r 4 :

''l _{. Sensor photogate} (non-contact) TM 150.01 2 F e g a s

3. trxciter 4 B a l o k b a j a

5 Frame UVS (Unlvers ai Vibration Syslent) 6 lnterface $ox TN4 150 20 ; : e i i . i irr-.iijr ji:j c ' , . l , ) i . r d L i K a r i , I i

,

t 1 ! ' : ) r ' : ' C r r i r r / r r ' r J r c ' d r u r i v 4 r r \

; r iikerri: pengujian ekspeflqentar mo'iei slsterr

c i ; g u n a k a n u n t u k m o d e l s i s t e m s u s p e n s i a d a l a h

Gambar 3. Model elemen hingga sistem suspensi

f - ' - ' - j

i:::::: r.-.

1 Balok baja AlSl 1045.

2. _{Pegas dengan konstanta yang telah ditentukan.}

3 _{UVS ( t/niversal Vibration Systern) TM 150. UVS digunakan untuk mengukur respon getaran pada} slstem

4. Sensor getaran photogate (non-contact) TM 150.01 _{. Sensor ini digunakan untuk} frekuensr pada sistem

5 _{Interface Flox TM 150.20. Alat ini berfungsi sebagai power supply sensor, penguat} .sockcl tnterfacc sebagai penghubung ke komputer.

6 _{Lxiler. Alat ini berfungsi sebagai sumber gaya eksitasi.} 7 Dudukan l)igunakan untuk menopang pegas dan balok. labol 1 rr:t:nunjukkan data material dan dimensi pengujian.

menguKur respon sinyal scnsor dan

frrosedur pengrrjian karakteristik _{dinamik model sistem suspensi adalah sebagai berikut:}

l Alat uji disusun seperti Gambar 4. Variasi dilakukan pada konstanta _{pegas (10090 N/m dan 11400 Nlm) dan} sensor disambungkan _{dengan UVS dan komputer.}

2 Kcr.rrudian komputcr dan perangkat UVS cli-on.kan iJ llaiok dibaqi nrt-'njadi g nodal

4 l)eqas dengan konstanta _{k, = k;= 10090 N/m, dipasang pada u.iung balok dan exiterpadanodal_1, kemudian} frekuenst eksitasi diberikan sampai terjadi resonansi pada sistem. bata rcspon dengan sensor pacta nodai-2 sampai nodal-9 diambil dengan frekuensi gangguan tetap, sehingga akan didapat grafik fungsi respon ire:kuensi

5 Prosedur 4 diulangi _{dengan posisi exiferdi nodal-2} sampai nodal_g

6 _{l)eqas dengafi kr = kr =11400 N/m digantikan pada ujung-ujung balok dan prosedur 4 dan s diulanqi.}

Gambar 5. Skema prosedur pengujian 3 " H A S I L D A N P E M B A H A S A N

I u l i s a n in i m e n y a j i k a n h a s i l d u a s t u d i terhadap k a r a k t e r i s t i k d i n a m i k m o c j e l sistim suspensr, y a t t u stucii numerik dan eksperimental. Studi numerik dilakukan _{dengan rnetode elemen hingga menggunakan software} ANSYS 10 0 Studi eksperimenial menggunakan perangkat u1i universal Vibrating Syiiem

l ' ; j c . i s i u c i numcrik nrerlqgunakan m c t o d e e l e m e n hingga struktur d i b a g i n i e r r l a d i 2 1 n o d a l n a m u n data i o s p o n d i n a m i k y a n g d i a m b i l _ h a n y a _{p a d a nodal 1, 2. 3,4, 5, 6, 7, B, dan g Balok dimotjelkan d e n g a n e l e r n e l n} ! l [ n M 4 cxrlcrdimodelkan d d n g a n e l e m e n N 4 A S S 2 1 d a n p e g a s d i m o d e l k a n d e n g a n e l e m e n C o M B l N . 1 4 . V a r i a s i dtlakukan pada nilai konstanta pegas yaitu k1 = k;: = 100g0 Nlm kemudian diganti deng an k_, = kr = 1 1400 Nlm

K a j i e k s p e r i m e n t a l d i l a k u k a n p a d a struktur u j i c l e l r g a n m e m b a g i b a l o k m e n j a d i " g n o d a i p e g a s m e n u m p u b a l o k p a d a k e d u a ujungnya. d e n g a n m e n g e u n a k a n c / a n r p s e b a g a i p e n j c p i t Konstanta p e g a s y a n g digunakan a d a l a h k t = k : ; = 10090 N/m dan h ='kt= 114oa N/m F)\ngambilan d a i a p a d a s e t i a p n o t i a i d i l e r i s i r n b o l l l l ( p o s i s r exiter dan posisi nodal) Frekltensi exitasi diberikan sebesar 0 sampai dengan 5O t-lz Fl12 bcrarti pcngambilan

lq,o_q9_Vm

1 1 4 0 0 N / m

data pada saat posisi exiter di nodal 1 dan respon dinamik di nodal 2, demikian seterusnya. Setiap nodal dicuplik beberapa kali. Gambar 6 dan 7 menunjukkan typical spektrum getaran, diambil untuk H51 dan H52.

? L { @ t n

, :

e

f a . { . a . h * ? F t 4 1 6 d * Fretetei [h] (a) i . {

: . {

X*.1 t ' t t , 4 i] r x l o , . - 2 ! ? , 8 3 i { * i $ i , ' : i l 1 4 , ) FIHz] (b)

Gambar 6. Spektrum getaran untuk kr = ka = 10090 N/m dan pada exiter di nodal 5, (a) eksperimental, (b) metode elemen hingga

Spektrum getaran dapat diperoleh untuk seluruh kombinasi posisi (nodal) exiter dan posisi (nodal) respon. Ada 72 kombinasi posisi exciter dan titik pengambilan respon seperti Tabel 2 dimana spektrum getaran seperti ditunjukkan oleh Gambar 6 dapat diperoleh. Spektrum getaran untuk 72 kombinasi diperoleh untuk nilaF nilai konstanta pegas kt = kz = 't 0090 N/m dan kt= kz ='11400 N/m. Dengan demikian ada 144 grafik spektrum getaran yang diperoleh untuk menentukan frekuensi getaran sistem.

Tabe

2

Kombinasi oosisi exciter dan titik

H12 H21 H 3 1 H41 H 5 1 H61 H71 H 8 1 H91 H 1 3 t-125

H32

H42 H52 H62 H72 H82 H92 Hl4 H24 H34 H43 H 5 3 H63 H73 H 8 3 H93 H 1 5 H25 H J C H45 H54 H64 H74 H84 H95 H 1 6 H26 H36 H46 H56 H65 H75 H85 H 9 5 H17 H27 n 5 t H47 H57 H67 H76 H86 t-tYo H 1 8 H28 H38 H48 H 5 8 H68 H78 H88 H97 H 1 9 H29 H39 H49 H 5 9 H69 H7S H89 H98 F I H : l (b)

(iambar 7. Spektrum getaran untuk kr = kz= 10090 N/m dan pada exlferdi nodal 5, (a) eksperimental, (b) metode e l e m e n h i n g g a t ) a r i 1 4 4 s p e k t r u m g e t a r a n y a n . r d i g a m b a r k a n ( t i d a k d i t u n j u k k a n p a d a t u l i s a n in i u n t u k m e m b a t a s i l u m l a h h a l a m a n m a k s i m u m ) , m a k a d i p e r o i e h b a h w a fr e k u e n s i p r i b a d i s i s t e m p e g a s b a l o k y a n g d i t i n l a u d a p a t i i l ; h ^ + ^ ^ i ^ r ^ k ^ l 2 u i l ' r r d t p d u d L d u g r \ ) L E J -F r+klse"es, l3z\

abel 3 Frekuensi pribadi sistim

k, N/m Studi eksoerimental Metode Numerik

a

l n l tnz fng fnr fnt fng

10090

13.698

273W

41.095 1 2 . 8

23.1

28.'l

1 1400 16.O42 31.742 47.744 1 3 . 1 24.5

29.2

Pada studi eksperimental eksitasi diberikan berupa frekuensi harmonik, frekuensi yang dicuptik sebagai frekuensi eksitasi adalah frekuensi yang menyebabkan terjadinya resonansi pada sistem. Peristiwa resonansi ini ditandai dengan sistem bergetar hebat, sernakin dekat frekuensi eksitasi dengan frekuensi pribadi sistem rnaka semakin besar amplitudo yang ditirnbulkannya. Frekuensi eksitasi diberikan melalui input pada perangkat UVS yang kemudian responnya ditampilkan dalam bentuk grafik Fungsi Respon Frekuensi (FRF). Grafik FRF ini menampilkan _{hubungan antara amplitudo (X) dalam satuan meler pada surnbu Y dan frekuensi (f) dalam satuan} Hz pada sumbu X. Pada setiap kali pencuplikan data respon ditarnpilkan sesuai dengan rarg€ yang ditentukan yaitu 0 - 50 Hz, sehingga fn yang muncul berada pada range tersebut. Puncak-puncak arnplitudo pada grafik FRF menunjukkan letak frekuensi pribadi. Pada studi numerik frekuensl eksitasi diberikan dalam bentuk cornmand yang menunjukkan _{range frekuensi yang diberikan pada sistem yaitu 0 - 50 Hz, sehingga tidak dapat diketahui} berapa besar frekuensi eksitasinya. Dlsini hanya fiekuensi pribadinya (fn) yang dapat ditenlukan. Pada studi eksperirnental _{dan numerik spektrum yang dihasilkan seperti terlihat pada Gambar 6 dan 7, yang menunjukkan} bahwa sistem umumnya mempunyai tiga frekuensi pribadi. Perbandingan frekuensi pribadi hasil eksperimental dan numerik pada frekuensi pribadi ke-1 dan ke-2 mempunyai selisih yang kecil, sedangkan frekuensi pribadi ke-3 selisihnya cukup besar. Hal ini dapat terjadi karena kurang sensitifnya sensor photogate yang digunakan pada saat eksperimental. Pada studi eksperimental amplitudo untuk kr = kz= 114O0 Nlrn mempunyai nilai yang lebih besar dibandingkan dengan kt = kz= 10090 N/m, hal ini dlsebabkan karena frekuensi eksitasi unluk kr = Irz= 11400 N/m lebih mendekati frekuensi pribadi sistem.

Respon amplitudo untuk fnr pada nodal 1,2,3,4,6,8 dan g untuk setiap posisi exifernilainya lebih kecil dibandingkan respon amplitudo pada nodal 5. Terjadi kecenderungan bahwa nifai amplitudo nodal yang terdekat dengan pegas akan bernilai paling kecil dan semakin ketengah amplitudonya semakin besar, hal ini terjadi untuk kt = kz = 10090 N/m dan h = kz = 11400 Nlm pada kedua metode. Untuk fne dan fnspada kedua nilai konstanta pegas, amplitudo yang terjadi mempunyai nilai yang relatif kecil dan-mempunyai kecenderungan yang tidak teratur. Besarnya nilai arnplitudo pada frekuensi pribadi ke-1 dikarenakan eksitasi yang diberikan mendekati frekuensi pribadi ke-1, apabila frekuensi eksitasi yang diberikan mendekati frekuensi pribadi ke-2 dan ke-3 penulis berasumsi bahwa kecenderungan yang terjadi akan relalif sama dengan yang terjadi pada frekuensi p r i b a d i k e - 1 .

Perbedaan nilai arnplitudo antara hasil eksperimental dan numerik yang besar dimungkinkan karena pada saat pengujian eksperimental, penempatan posisi pegas agar tetap tegak lurus derEan balok cukup sulit dilakukan, hal ini karena ketika beresonansi sistem bergetar hebat selringga terjadi pergeseran posisi antara pegas dengan balok. Selain itu juga kurang sensitifnya sensor yang digunakan dapat menyebabkan terjadinya perbedaan tersebut.

4. SIMPULAN

Hasil studi yang telah dilakukan menunjukkan bahwa frekuensi pribadi yang diperoleh secara experimental dan numerik menunjukkan nilai yang berdekatan untuk frekuensi pribadi pertama. Perbedaan frekuensi pribadi makin besar untuk frekuensi kedua dan ketiga. Untuk kontanta pegas kr- kz = 10090 Nlrn, perbedaantrekuensi pribadi pertama, kedua, dan ketiga, berturul-turut adalah 6.6%, 15.7%, dan 31 %, sedangkan untuk kr = k2.

114i)r) N1m, perbedaan ini berturut-turut adalah 18.3o/o,22.7Ya dan 38.8%. Hasil studi juga mengkonfrrmasikan 'r')dal yang terdekat dengan pegas mempunyai amplitudo paling kecil dan semakin ke tengah letak nodal

'rva semakin besar.

s

' p u s r A K A

'i lnc., ANSYS Help. Theory Reference

.riagonas, 4.D., Vibration for engineers. Prentice-Hall Inc., New Jersey, 1992.

i ,, ir'lrchel. L., Berthier, P., dan Hagopian, J.D., Mechanical vibratian for.engineer. John Wiley & Sons Ltd. N o r t h e r n l r e l a n d , 1 9 8 3 .

L4l Moaveni, 5., Finite Element Analysis, Theory and application with AArSyS, 1999.

tsl Nash, D.H., Computer Aided Engineering Design. University of Stratchlyde. Glasgow, Scolland. 1998. t6l Shigley, J.E., dan Mitchell, L.D., Perencanaan Teknik Mesin edisi keempat jilid 2. Erlangga. Jakarta,

1 984

I7l Soegiharjo, O. Sirnu/asi komputer untuk analisa karakteristik model sysfem pegas-peredam kejut-massa. Universitas Kristen Petra.

t8l T.hompson, W T feorl getaran dengan penerapan, edisi ke 2 Erlangga. Jakarta 1995