Download - Politeknik Manufaktur Negeri - Bangka Belitung

JURNAL MANUTECH 1
KARAKTERISTIK GETARAN PANEL KENDARAAN TERHADAP
PERUBAHAN BENTUK ALUR PELAT
Sukanto
Prodi Perawatan dan Perbaikan Mesin, Polman Negeri Bangka Belitung,
Kawasan Industri Air Kantung Sungailiat Bangka, 0717 93586, fax : 0717 93585
E-Mail : sukanto@polman-timah.ac.id
Abstract
The vibration characteristics of panel is affected by stiffness of plate. To increase the stiffness of panel
can be carried out by forming the groove or embossing plate. Based on this assumption, the plates were given
the groove with differential shape. The aim of this research is to know the effect of the diferential shape of
groove toward to the vibration characteristics. The vibration characteristic is shown by natural frequency and
material damping. The boundary condition used this research is free-free condition. The specimen was given the
light excitation by impact hammer and then responded by the accelerometer. To analyze the vibration
characteristics were used labview and matlab software. The conclusion of this research showed that the shape
of groove affected the natural frequency and material damping significantly. The natural frequency increasing
about 3-4 time and the material damping increasing more than 7 time from the untreated plate.
Keywords: shape of panel, stiffness, natural frequency and damping
Abstrak
Suatu karakteristik getaran panel dibuat dan diteliti kekakuan (stiffness) pelatnya. Untuk meningkatkan
kekakuan panel dapat dilakukan dengan cara membuat bentuk pola beralur atau dibuat cekungan (emboss)
pada pelatnya. Berdasarkan asumsi tersebut maka dalam penelitian ini pelat diberikan alur-alr yang berbedabeda.
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui sejauh mana pengaruh perubahan bentuk alur terhadap
karakteristik getarannya. Suatu karakteristik getaran dapat ditunjukkan oleh frekuensi alamiah natural
frequency dan faktor redaman materialnya. Syarat batas yang digunakan dalam penelitian karakteristik
getaran panel ini adalah kondisi syarat batas bebas-bebas. Selanjunya pengujian spesimen dilakukan dengan
cara diberikan impack secara pelan dengan menggunakan palu dan selanjutnya respon getaran tersebut
direkam melalui accelerometer. Untuk menganalisa karakteristik getaran ini digunakan program Labview dan
software matlab. Kesimpulan dari penelitian ini adalah pembuatan bentuk alur-alur pada pelat dapat
meningkatkan frekuensi alamiah dan peredam (damping) material secara signifikan. Frekuensi alamiah
meningkat hingga 3-4 kali dan peredaman material dapat meningkat hingga 7 kali dari pelat rata tanpa dibuat
alur-alur.
Keywords: bentuk-panel, kekakuan, frekuensi alamiah dan redaman.
1. PENDAHULUAN
Panel merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari sebuah kendaraan. Panel ini meliputi bagian atap,
dinding dan lantai kendaraan. Dengan demikian panel memiliki pengaruh yang sangat signifikan terhadap
kenyamanan dan ergonomisnya. Sumber-sumber eksitasi yang terjadi pada kendaraan dapat berasal dari
kekasaran permukaan jalan, gaya mesin, struktur rangka kendaraan serta perbedaan tekanan di dalam dan di
luar kendaraan [1]. Kontribusi panel terhadap kenyamanan dalam berkendaraan dapat ditelusuri dengan
menggunakan berbagai metode, antara lain: the numerical acoustic reciprocity dan the panel acoustic
contribution analysis. Dengan metode tersebut di atas dapat diketahui pada bagian-bagian panel yang dapat
memicu getaran panel. Jika kontribusi setiap bagian panel ditemukan, maka dapat dilakukan langkah-langkah
untuk mengatasinya. Misalnya penempatan pengaku (stiffener) dan pembuatan alur-alur panel.
Karakteristik getaran panel dapat diperbaiki dengan peningkatan kekakuan pelatnya. Untuk itu, perlu
mempertimbangkan pemilihan jenis material, ketebalan pelat dan bentuk alurnya. Pemberian material
damping viskoelastis cukup signifikan untuk meningkatkan kekakuan dinamis panel [2]. Bentuk alur pada panel
juga memiliki dampak yang tidak dapat diabaikan. Bentuk alur yang biasa digunakan pada kendaraan bervariasi
ada yang trapesium, segiempat, segitiga dan bentuk lainnya. Perbedaan geometris tersebut mempengaruhi
karakteristik getarannya.
Karakteristik Getaran Panel Kendaraan terhadap Perubahan Bentuk Alur Pelat (Sukanto)

JURNAL MANUTECH 2
Dalam riset ini akan dijelaskan pengaruh bentuk alur-alur pada panel terhadap karakter getaran pelat
yang ditunjukkan oleh besaran nilai frekuensi alami dan rasio redamannya.
1.1. Kekakuan Pelat
Panel dapat dikelompokkan menjadi dua macam, yaitu: panel isotropik dan panel orthotropik. Panel
isotropik dicirkan dengan homogennya sifat dan kekakuan material di sembarang bagian panel. Sedangkan
panel orthotropik adalah sebaliknya, yakni terjadinya variasi sifat dan kekakuan materialnya. Kedua panel ini
memiliki karakteristik getaran yang berbeda. Berbagai pendekatan dilakukan untuk mengetahui kekakuan pelat
ini antara lain matematis, eksperimental dan metode elemen hingga.
Panel isotropis dapat didekati secara matematis, sedangkan untuk pelat ortotropik dapat diselesaikan
dengan pendekatan eksperimental dan penggunaan metode elemen hingga.
Bentuk berombak (embossing) pada panel dapat meningkatkan kekakuan pelat sehingga frekuensi
alaminya menjadi sepuluh kali lipat dari pelat datar [3]. Demikian juga pelat yang diberikan pengaku (stiffener)
dengan bentuk dan distribusi yang berbeda mempengaruhi frekuensi alami dan bentuk modenya [4]. Frekuensi
dan intensitas suara yang diradiasikan oleh pelat juga dipengaruhi oleh bentuk dan orientasi pengaku [5].
Eksperimen untuk menentukan hubungan antara kekakuan pelat dengan panjang bentangan antara titik tumpu
[6]. Dari riset tersebut diperoleh bahwa lebar efektif panel adalah 1,85 dari panjang panjang bentangan
pelatnya.
Dalam riset ini akan dijelaskan pengaruh bentuk alur-alur pada panel terhadap karakter getaran pelat
yang ditunjukkan oleh besaran nilai frekuensi alami dan rasio redamannya.
1.2. Redaman Material
Sifat redaman merupakan salah satu parameter yang perlu dipertimbangkan dalam menentukan
karakteristik getaran pada suatu panel. Amplitudo getaran bebas mengalami penurunan secara perlahan-lahan
yang pada akhirnya akan berhenti. Berhentinya getaran tersebut disebabkan oleh semakin berkurangnya
energi sistem. Kondisi seperti ini dikatakan material/struktur mengalami redaman. Redaman dapt
dikelompokkan dalam tiga bentuk utama, yaitu: redaman viskos, redaman internal dan redaman struktur.
Kekakuan material berpengaruh terhadap besarnya energi yang hilang dan secara matematis dinyatakan
dengan persamaan:
(1)
Dimana b adalah besaran konstanta redaman solid tak berdimensi. Nilai kb menyatakan hubungan antara
energi yang hilang dengan perubahan ukuran, bentuk dan karakteristik material.
Pengukuran redaman dapat dilakukan berdasarkan time-response methods dan frequency-response
methods. Terdapat lima metode untuk menghitung rasio redaman, antara lain: logarithmic decrement method,
step-response method, hyterisis loop method, magnification-factor method dan bandwidth method.
Dalam riset ini, untuk menghitung besarnya rasio redaman pelat digunakan bandwidth method. Hal ini
didasari oleh karakteristik pelat yang tidak viskos, sehingga logarithmic decrement method kurang tepat jika
digunakan di sini. Secara sederhana penggunaan metode ini dapat dijelaskan sebagai berikut:
Gambar 1 Pengukuran damping dengan bandwidth method pada sistem berderajat kebebasan tunggal
Rasio redaman dalam kondisi tersebut di atas dinyatakan dengan persamaan berikut:
Karakteristik Getaran Panel Kendaraan terhadap Perubahan Bentuk Alur Pelat (Sukanto)

JURNAL MANUTECH 3
2. METODE PENELITIAN
Ada beberapa hal yang perlu dipersiapkan dalam pengujian ini, seperti pembuatan spesimen, setting
peralatan, pengujian dan analisis hasil pengujian.
2.1. Pembuatan spesimen.
Spesimen yang digunakan dalam riset ini adalah pelat esser yang diberikan berbagai macam bentuk alur
dengan luasan akhir pelat adalah 50 x 50 cm. Bentuk alur dibuat dengan menggunakan mesin bending,
sehingga kemungkinan terjadinya cacat material dapat diminimalisir.
Berikut ini adalah bentuk-bentuk alur yang diamati perubahan karakteristik getarannya:
(a)
(c)
(e)
Gambar 2 Bentuk-bentuk alur (a) setengah lingkaran, (b) segiempat, (c) trapesium sudut 150 o , (d) trapesium
sudut 120 o , (e) tembereng dan (f) pelat datar.
Meskipun alur-alur tersebut memiliki bentuk yang berbeda-beda, namun volume dari alur tersebut
dipertahankan tetap sama. Arah penekukan pelat memiliki orientasi serat yang sama. Ketebalan pelat yang
digunakan sebesar 1,2 mm. Kodefikasi pelat ditunjukkan di bawah ini.
S-0 : pelat tanpa alur
S-1 : pelat dengan alur segiempat
S-2 : pelat dengan alur setengah lingkaran
S-3 : pelat dengan alur tembereng
S-4 : pelat dengan alur trapesium 120 o
S-4 : pelat dengan alur trapesium 120 o
2.2. Peralatan Uji
Untuk memperolah data pengujian diperlukan peralatan sebagai berikut:
1. Accelerometer tipe 4371 No. seri 0976333 dan 0976337, merk B&K, diameter ½”.
2. Charge amplifier tipe 2635, merk B&K.
3. Power amplifier tipe 2706, merk B&K.
4. Interface national instruments NI Daqpad-6251 pin out.
5. Personal computer atau laptop.
6. Impact hammer type 8202, merk B&K.
2.3. Diagram Alir Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan dengan mengikuti diagram alir sebagaimana terlihat pada gambar 3.
Pengujian dengan menggunakan perangkat penguji getaran mekanis dilakukan dengan cara pelat digantung
dengan dua benang/tali yang sangat ringan. Dengan demikian massa benang/tali dapat diabaikan. Kemudian
pelat diberikan pukulan ringan agar terjadi eksitasi. Getaran pelat direspon oleh accelerometer dan direkam
dalam PC dengan menggunakan program labview. Keberadaan matlab digunakan untuk mengolah data yang
tersimpan dalam PC, sehingga profil getaran dapat ditampilkan.
Karakteristik Getaran Panel Kendaraan terhadap Perubahan Bentuk Alur Pelat (Sukanto)
(b)
(d)
(f)

JURNAL MANUTECH 4
Gambar 3. Diagram alir penelitian
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hubungan antara bentuk alur pada panel dengan perubahan frekuensi alami dan rasio redaman
ditunjukkan oleh pembahasan berikut ini.
3.1. Hubungan antara bentuk alur dan frekuensi alami pelat
Pengaruh bentuk alur panel terhadap besaran frekuensi alami pelat ditunjukkan oleh Gambar 4 di bawah ini.
Gambar 4 Pengaruh bentuk alur panel terhadap frekkuensi alami.
Dari Gambar 4 terlihat jelas bahwa frekuensi tertinggi dimiliki oleh pelat dengan alur segiempat dan
disusul oleh alur trapesium dengan sudut alur 120 o . Peningkatan ini mencapai 4,2 kali dibandingkan dengan
pelat datar tanpa alur. Hasil dari riset lain menunjukkan bahwa peningkatan frekuensi pelat mencapai 9,3 kali
jika dibandingkan dengan pelat datar [7].
Peningkatan frekuensi tersebut disebabkan oleh perubahan nilai momen inersia penampang. Dengan
demikian kekuatan lentur juga mengalami peningkatan, sehingga simpangan pelat selama bergetar mengalami
penurunan. Jika ditinjau secara mekanika, maka alur dengan bentuk segiempat memiliki momen inersia
terbesar. Akan tetapi dari sisi manufaktur dan kerusakan struktur mikro yang berujung pada menurunnya umur
fatik dan memicu korosi, maka alur dengan bentuk segiempat kurang menguntungkan.
Karakteristik Getaran Panel Kendaraan terhadap Perubahan Bentuk Alur Pelat (Sukanto)

JURNAL MANUTECH 5
3.2. Hubungan antara bentuk alur dan rasio redaman pelat
Pengaruh bentuk alur panel terhadap sifat damping material ditunjukkan oleh Gambar 5 di bawah ini.
Gambar 5 menunjukkan bahwa rasio redaman pelat dengan alur trapesium sudut 150 o cukup tinggi, dan pelat
datar memiliki rasio redaman yang sangat rendah.
Gambar 5 Pengaruh bentuk alur panel terhadap rasio redaman pelat
Perubahan kemampuan meredam pada pelat disebabkan oleh tingkat kerusakan struktur mikro pada
material yang diberikan deformasi plastis. Kerusakan struktur mikro material dapat memicu terjadinya korosi,
menginisiasi retakan dan menurunkan umur fatiknya.
Untuk menentukan bentuk alur panel yang paling optimal dapat digunakan statistik. Dari hasil
perhitungan statistik menunjukkan bahwa pelat dengan alur trapesium dengan sudut 150 o menempati urutan
pertama. Urutan kedua dan ketiga adalah alur segiempat dan trapesium dengnan sudut 120 o .
3. SIMPULAN
Ada beberapa kesimpulan yang diperoleh dari riset ini, antara lain:
a. Bentuk alur memiliki pengaruh yang signifikan terhadap frekuensi alami dan rasio redaman pelat.
Peningkatan frekuensi pelat mencapai 4,2 kali, sedangkan rasio dampingnya 20,9 kali jika dibandingkan
dengan pelat tanpa alur.
b. Bentuk alur yang paling optimum dalam merespon getaran adalah trapesium dengan sudut 150 o .
DAFTAR PUSTAKA
[1] X. Han, Y.J. Guo, H.D Yu dan P. Zhu, 2009, Interior Sound Field Refinement of a Passenger Car Using
Modified Panel Acoustic Contribution Analysis, International Journal of Automotive Technology, Vol. 10,
No. 1, 79-85.
[2] D.C. Lee, 2004, A Design of Panel Structure for the Improvement of Dynamic Stiffness, Proc. Instn. Mech.
Engrs, Vol. 218 Part D: J. Automobile Engineering, 647-654.
[3] C.R. Fredo dan A. Hedlund, 2005, NVH Optimization of Truck Cub Floor Panel Embossing Pattern, SAE
International, 2005-01-2342.
[4] S.M. Nacy, N.K. Alsahib dan F.F. Mustafa, 2009, Vibration Analysis of Plates with Spott Welde Stiffener,
Jordan Journal of Mechanical and Industrial Engineering, Vol. 3, No. 4, December, 272-279.
[5] Y. Qiao, Q. Huang dan T. Li, 2008, Effect of Stiffener on the Radiated Sound Loudness from Rectangular
Plate, Adv. Theor. Appl. Mech., Vol. 1, No. 8, 379-399.
[6] W.H. Thomas, 2004, Test-Piece Size for Uniformly Distributed and Concentrated Load Performance
Assessment of Wood Floor Panel, Materials and Structures, Vol. 37, December, 732-739.
[7] Sunardi, I.M. Miasa dan R. Soekrisno, 2010, Pengaruh Dimensi Alur Trapesium Pelat Terhadap Frekuensi
Alaminya, Prosiding Seminar Nasional Teknik Metalurgi, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, 296-305.
Karakteristik Getaran Panel Kendaraan terhadap Perubahan Bentuk Alur Pelat (Sukanto)