Download - Politeknik Manufaktur Negeri - Bangka Belitung
Download - Politeknik Manufaktur Negeri - Bangka Belitung
Download - Politeknik Manufaktur Negeri - Bangka Belitung
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
JURNAL MANUTECH 1<br />
KARAKTERISTIK GETARAN PANEL KENDARAAN TERHADAP<br />
PERUBAHAN BENTUK ALUR PELAT<br />
Sukanto<br />
Prodi Perawatan dan Perbaikan Mesin, Polman <strong>Negeri</strong> <strong>Bangka</strong> <strong>Belitung</strong>,<br />
Kawasan Industri Air Kantung Sungailiat <strong>Bangka</strong>, 0717 93586, fax : 0717 93585<br />
E-Mail : sukanto@polman-timah.ac.id<br />
Abstract<br />
The vibration characteristics of panel is affected by stiffness of plate. To increase the stiffness of panel<br />
can be carried out by forming the groove or embossing plate. Based on this assumption, the plates were given<br />
the groove with differential shape. The aim of this research is to know the effect of the diferential shape of<br />
groove toward to the vibration characteristics. The vibration characteristic is shown by natural frequency and<br />
material damping. The boundary condition used this research is free-free condition. The specimen was given the<br />
light excitation by impact hammer and then responded by the accelerometer. To analyze the vibration<br />
characteristics were used labview and matlab software. The conclusion of this research showed that the shape<br />
of groove affected the natural frequency and material damping significantly. The natural frequency increasing<br />
about 3-4 time and the material damping increasing more than 7 time from the untreated plate.<br />
Keywords: shape of panel, stiffness, natural frequency and damping<br />
Abstrak<br />
Suatu karakteristik getaran panel dibuat dan diteliti kekakuan (stiffness) pelatnya. Untuk meningkatkan<br />
kekakuan panel dapat dilakukan dengan cara membuat bentuk pola beralur atau dibuat cekungan (emboss)<br />
pada pelatnya. Berdasarkan asumsi tersebut maka dalam penelitian ini pelat diberikan alur-alr yang berbedabeda.<br />
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui sejauh mana pengaruh perubahan bentuk alur terhadap<br />
karakteristik getarannya. Suatu karakteristik getaran dapat ditunjukkan oleh frekuensi alamiah natural<br />
frequency dan faktor redaman materialnya. Syarat batas yang digunakan dalam penelitian karakteristik<br />
getaran panel ini adalah kondisi syarat batas bebas-bebas. Selanjunya pengujian spesimen dilakukan dengan<br />
cara diberikan impack secara pelan dengan menggunakan palu dan selanjutnya respon getaran tersebut<br />
direkam melalui accelerometer. Untuk menganalisa karakteristik getaran ini digunakan program Labview dan<br />
software matlab. Kesimpulan dari penelitian ini adalah pembuatan bentuk alur-alur pada pelat dapat<br />
meningkatkan frekuensi alamiah dan peredam (damping) material secara signifikan. Frekuensi alamiah<br />
meningkat hingga 3-4 kali dan peredaman material dapat meningkat hingga 7 kali dari pelat rata tanpa dibuat<br />
alur-alur.<br />
Keywords: bentuk-panel, kekakuan, frekuensi alamiah dan redaman.<br />
1. PENDAHULUAN<br />
Panel merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari sebuah kendaraan. Panel ini meliputi bagian atap,<br />
dinding dan lantai kendaraan. Dengan demikian panel memiliki pengaruh yang sangat signifikan terhadap<br />
kenyamanan dan ergonomisnya. Sumber-sumber eksitasi yang terjadi pada kendaraan dapat berasal dari<br />
kekasaran permukaan jalan, gaya mesin, struktur rangka kendaraan serta perbedaan tekanan di dalam dan di<br />
luar kendaraan [1]. Kontribusi panel terhadap kenyamanan dalam berkendaraan dapat ditelusuri dengan<br />
menggunakan berbagai metode, antara lain: the numerical acoustic reciprocity dan the panel acoustic<br />
contribution analysis. Dengan metode tersebut di atas dapat diketahui pada bagian-bagian panel yang dapat<br />
memicu getaran panel. Jika kontribusi setiap bagian panel ditemukan, maka dapat dilakukan langkah-langkah<br />
untuk mengatasinya. Misalnya penempatan pengaku (stiffener) dan pembuatan alur-alur panel.<br />
Karakteristik getaran panel dapat diperbaiki dengan peningkatan kekakuan pelatnya. Untuk itu, perlu<br />
mempertimbangkan pemilihan jenis material, ketebalan pelat dan bentuk alurnya. Pemberian material<br />
damping viskoelastis cukup signifikan untuk meningkatkan kekakuan dinamis panel [2]. Bentuk alur pada panel<br />
juga memiliki dampak yang tidak dapat diabaikan. Bentuk alur yang biasa digunakan pada kendaraan bervariasi<br />
ada yang trapesium, segiempat, segitiga dan bentuk lainnya. Perbedaan geometris tersebut mempengaruhi<br />
karakteristik getarannya.<br />
Karakteristik Getaran Panel Kendaraan terhadap Perubahan Bentuk Alur Pelat (Sukanto)
JURNAL MANUTECH 2<br />
Dalam riset ini akan dijelaskan pengaruh bentuk alur-alur pada panel terhadap karakter getaran pelat<br />
yang ditunjukkan oleh besaran nilai frekuensi alami dan rasio redamannya.<br />
1.1. Kekakuan Pelat<br />
Panel dapat dikelompokkan menjadi dua macam, yaitu: panel isotropik dan panel orthotropik. Panel<br />
isotropik dicirkan dengan homogennya sifat dan kekakuan material di sembarang bagian panel. Sedangkan<br />
panel orthotropik adalah sebaliknya, yakni terjadinya variasi sifat dan kekakuan materialnya. Kedua panel ini<br />
memiliki karakteristik getaran yang berbeda. Berbagai pendekatan dilakukan untuk mengetahui kekakuan pelat<br />
ini antara lain matematis, eksperimental dan metode elemen hingga.<br />
Panel isotropis dapat didekati secara matematis, sedangkan untuk pelat ortotropik dapat diselesaikan<br />
dengan pendekatan eksperimental dan penggunaan metode elemen hingga.<br />
Bentuk berombak (embossing) pada panel dapat meningkatkan kekakuan pelat sehingga frekuensi<br />
alaminya menjadi sepuluh kali lipat dari pelat datar [3]. Demikian juga pelat yang diberikan pengaku (stiffener)<br />
dengan bentuk dan distribusi yang berbeda mempengaruhi frekuensi alami dan bentuk modenya [4]. Frekuensi<br />
dan intensitas suara yang diradiasikan oleh pelat juga dipengaruhi oleh bentuk dan orientasi pengaku [5].<br />
Eksperimen untuk menentukan hubungan antara kekakuan pelat dengan panjang bentangan antara titik tumpu<br />
[6]. Dari riset tersebut diperoleh bahwa lebar efektif panel adalah 1,85 dari panjang panjang bentangan<br />
pelatnya.<br />
Dalam riset ini akan dijelaskan pengaruh bentuk alur-alur pada panel terhadap karakter getaran pelat<br />
yang ditunjukkan oleh besaran nilai frekuensi alami dan rasio redamannya.<br />
1.2. Redaman Material<br />
Sifat redaman merupakan salah satu parameter yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan<br />
karakteristik getaran pada suatu panel. Amplitudo getaran bebas mengalami penurunan secara perlahan-lahan<br />
yang pada akhirnya akan berhenti. Berhentinya getaran tersebut disebabkan oleh semakin berkurangnya<br />
energi sistem. Kondisi seperti ini dikatakan material/struktur mengalami redaman. Redaman dapt<br />
dikelompokkan dalam tiga bentuk utama, yaitu: redaman viskos, redaman internal dan redaman struktur.<br />
Kekakuan material berpengaruh terhadap besarnya energi yang hilang dan secara matematis dinyatakan<br />
dengan persamaan:<br />
(1)<br />
Dimana b adalah besaran konstanta redaman solid tak berdimensi. Nilai kb menyatakan hubungan antara<br />
energi yang hilang dengan perubahan ukuran, bentuk dan karakteristik material.<br />
Pengukuran redaman dapat dilakukan berdasarkan time-response methods dan frequency-response<br />
methods. Terdapat lima metode untuk menghitung rasio redaman, antara lain: logarithmic decrement method,<br />
step-response method, hyterisis loop method, magnification-factor method dan bandwidth method.<br />
Dalam riset ini, untuk menghitung besarnya rasio redaman pelat digunakan bandwidth method. Hal ini<br />
didasari oleh karakteristik pelat yang tidak viskos, sehingga logarithmic decrement method kurang tepat jika<br />
digunakan di sini. Secara sederhana penggunaan metode ini dapat dijelaskan sebagai berikut:<br />
Gambar 1 Pengukuran damping dengan bandwidth method pada sistem berderajat kebebasan tunggal<br />
Rasio redaman dalam kondisi tersebut di atas dinyatakan dengan persamaan berikut:<br />
Karakteristik Getaran Panel Kendaraan terhadap Perubahan Bentuk Alur Pelat (Sukanto)
JURNAL MANUTECH 3<br />
2. METODE PENELITIAN<br />
Ada beberapa hal yang perlu dipersiapkan dalam pengujian ini, seperti pembuatan spesimen, setting<br />
peralatan, pengujian dan analisis hasil pengujian.<br />
2.1. Pembuatan spesimen.<br />
Spesimen yang digunakan dalam riset ini adalah pelat esser yang diberikan berbagai macam bentuk alur<br />
dengan luasan akhir pelat adalah 50 x 50 cm. Bentuk alur dibuat dengan menggunakan mesin bending,<br />
sehingga kemungkinan terjadinya cacat material dapat diminimalisir.<br />
Berikut ini adalah bentuk-bentuk alur yang diamati perubahan karakteristik getarannya:<br />
(a)<br />
(c)<br />
(e)<br />
Gambar 2 Bentuk-bentuk alur (a) setengah lingkaran, (b) segiempat, (c) trapesium sudut 150 o , (d) trapesium<br />
sudut 120 o , (e) tembereng dan (f) pelat datar.<br />
Meskipun alur-alur tersebut memiliki bentuk yang berbeda-beda, namun volume dari alur tersebut<br />
dipertahankan tetap sama. Arah penekukan pelat memiliki orientasi serat yang sama. Ketebalan pelat yang<br />
digunakan sebesar 1,2 mm. Kodefikasi pelat ditunjukkan di bawah ini.<br />
S-0 : pelat tanpa alur<br />
S-1 : pelat dengan alur segiempat<br />
S-2 : pelat dengan alur setengah lingkaran<br />
S-3 : pelat dengan alur tembereng<br />
S-4 : pelat dengan alur trapesium 120 o<br />
S-4 : pelat dengan alur trapesium 120 o<br />
2.2. Peralatan Uji<br />
Untuk memperolah data pengujian diperlukan peralatan sebagai berikut:<br />
1. Accelerometer tipe 4371 No. seri 0976333 dan 0976337, merk B&K, diameter ½”.<br />
2. Charge amplifier tipe 2635, merk B&K.<br />
3. Power amplifier tipe 2706, merk B&K.<br />
4. Interface national instruments NI Daqpad-6251 pin out.<br />
5. Personal computer atau laptop.<br />
6. Impact hammer type 8202, merk B&K.<br />
2.3. Diagram Alir Penelitian<br />
Penelitian ini dilaksanakan dengan mengikuti diagram alir sebagaimana terlihat pada gambar 3.<br />
Pengujian dengan menggunakan perangkat penguji getaran mekanis dilakukan dengan cara pelat digantung<br />
dengan dua benang/tali yang sangat ringan. Dengan demikian massa benang/tali dapat diabaikan. Kemudian<br />
pelat diberikan pukulan ringan agar terjadi eksitasi. Getaran pelat direspon oleh accelerometer dan direkam<br />
dalam PC dengan menggunakan program labview. Keberadaan matlab digunakan untuk mengolah data yang<br />
tersimpan dalam PC, sehingga profil getaran dapat ditampilkan.<br />
Karakteristik Getaran Panel Kendaraan terhadap Perubahan Bentuk Alur Pelat (Sukanto)<br />
(b)<br />
(d)<br />
(f)
JURNAL MANUTECH 4<br />
Gambar 3. Diagram alir penelitian<br />
3. HASIL DAN PEMBAHASAN<br />
Hubungan antara bentuk alur pada panel dengan perubahan frekuensi alami dan rasio redaman<br />
ditunjukkan oleh pembahasan berikut ini.<br />
3.1. Hubungan antara bentuk alur dan frekuensi alami pelat<br />
Pengaruh bentuk alur panel terhadap besaran frekuensi alami pelat ditunjukkan oleh Gambar 4 di bawah ini.<br />
Gambar 4 Pengaruh bentuk alur panel terhadap frekkuensi alami.<br />
Dari Gambar 4 terlihat jelas bahwa frekuensi tertinggi dimiliki oleh pelat dengan alur segiempat dan<br />
disusul oleh alur trapesium dengan sudut alur 120 o . Peningkatan ini mencapai 4,2 kali dibandingkan dengan<br />
pelat datar tanpa alur. Hasil dari riset lain menunjukkan bahwa peningkatan frekuensi pelat mencapai 9,3 kali<br />
jika dibandingkan dengan pelat datar [7].<br />
Peningkatan frekuensi tersebut disebabkan oleh perubahan nilai momen inersia penampang. Dengan<br />
demikian kekuatan lentur juga mengalami peningkatan, sehingga simpangan pelat selama bergetar mengalami<br />
penurunan. Jika ditinjau secara mekanika, maka alur dengan bentuk segiempat memiliki momen inersia<br />
terbesar. Akan tetapi dari sisi manufaktur dan kerusakan struktur mikro yang berujung pada menurunnya umur<br />
fatik dan memicu korosi, maka alur dengan bentuk segiempat kurang menguntungkan.<br />
Karakteristik Getaran Panel Kendaraan terhadap Perubahan Bentuk Alur Pelat (Sukanto)
JURNAL MANUTECH 5<br />
3.2. Hubungan antara bentuk alur dan rasio redaman pelat<br />
Pengaruh bentuk alur panel terhadap sifat damping material ditunjukkan oleh Gambar 5 di bawah ini.<br />
Gambar 5 menunjukkan bahwa rasio redaman pelat dengan alur trapesium sudut 150 o cukup tinggi, dan pelat<br />
datar memiliki rasio redaman yang sangat rendah.<br />
Gambar 5 Pengaruh bentuk alur panel terhadap rasio redaman pelat<br />
Perubahan kemampuan meredam pada pelat disebabkan oleh tingkat kerusakan struktur mikro pada<br />
material yang diberikan deformasi plastis. Kerusakan struktur mikro material dapat memicu terjadinya korosi,<br />
menginisiasi retakan dan menurunkan umur fatiknya.<br />
Untuk menentukan bentuk alur panel yang paling optimal dapat digunakan statistik. Dari hasil<br />
perhitungan statistik menunjukkan bahwa pelat dengan alur trapesium dengan sudut 150 o menempati urutan<br />
pertama. Urutan kedua dan ketiga adalah alur segiempat dan trapesium dengnan sudut 120 o .<br />
3. SIMPULAN<br />
Ada beberapa kesimpulan yang diperoleh dari riset ini, antara lain:<br />
a. Bentuk alur memiliki pengaruh yang signifikan terhadap frekuensi alami dan rasio redaman pelat.<br />
Peningkatan frekuensi pelat mencapai 4,2 kali, sedangkan rasio dampingnya 20,9 kali jika dibandingkan<br />
dengan pelat tanpa alur.<br />
b. Bentuk alur yang paling optimum dalam merespon getaran adalah trapesium dengan sudut 150 o .<br />
DAFTAR PUSTAKA<br />
[1] X. Han, Y.J. Guo, H.D Yu dan P. Zhu, 2009, Interior Sound Field Refinement of a Passenger Car Using<br />
Modified Panel Acoustic Contribution Analysis, International Journal of Automotive Technology, Vol. 10,<br />
No. 1, 79-85.<br />
[2] D.C. Lee, 2004, A Design of Panel Structure for the Improvement of Dynamic Stiffness, Proc. Instn. Mech.<br />
Engrs, Vol. 218 Part D: J. Automobile Engineering, 647-654.<br />
[3] C.R. Fredo dan A. Hedlund, 2005, NVH Optimization of Truck Cub Floor Panel Embossing Pattern, SAE<br />
International, 2005-01-2342.<br />
[4] S.M. Nacy, N.K. Alsahib dan F.F. Mustafa, 2009, Vibration Analysis of Plates with Spott Welde Stiffener,<br />
Jordan Journal of Mechanical and Industrial Engineering, Vol. 3, No. 4, December, 272-279.<br />
[5] Y. Qiao, Q. Huang dan T. Li, 2008, Effect of Stiffener on the Radiated Sound Loudness from Rectangular<br />
Plate, Adv. Theor. Appl. Mech., Vol. 1, No. 8, 379-399.<br />
[6] W.H. Thomas, 2004, Test-Piece Size for Uniformly Distributed and Concentrated Load Performance<br />
Assessment of Wood Floor Panel, Materials and Structures, Vol. 37, December, 732-739.<br />
[7] Sunardi, I.M. Miasa dan R. Soekrisno, 2010, Pengaruh Dimensi Alur Trapesium Pelat Terhadap Frekuensi<br />
Alaminya, Prosiding Seminar Nasional Teknik Metalurgi, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, 296-305.<br />
Karakteristik Getaran Panel Kendaraan terhadap Perubahan Bentuk Alur Pelat (Sukanto)