TUGAS GETARAN MEKANIK
“MANFAAT DAN APLIKASI GETARAN
TENTANG DUNIA ENGINEERING”
Oleh :
Nama: Syabam Setiawan
NPM
: G1C013046
Dosen
Pengampuh :
Ahmad Fauzan S,
S.T., M.T,
PROGRAM
STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS
TEKNIK
UNIVERSITAS
BENGKULU
2015
PENDAHULUAN
Dalam dunia teknik mesin,
aplikasi aljabar linear banyak digunakan salah satunya pada penggunaan control
koordinat control sistem otomasi pada industri yang memudahkan peletakan
formasi alat manufaktur otomatis sehingga sistem produksi meningkatkan faktor
keamanan (safety factor). Dalam sistem produk produksi, salah satu
faktor yang sering diperhitungkan yakni getaran. Getaran lebih sering tidak
diinginkan, sebab menyebabkan pemakaian energi yang banyak dan menimbulkan
suara yang bising, contohnya getaran pada mesin motor, getaran pada mesin
listrik dan otomasi industri, bahkan getaran pada poros yang berputar yang
dapat menyebabkan percikan api akibat gesekan yang tidak merata. Hal-hal
tersebut dapat mengakibatkan biaya produksi yang tinggi, dapat juga menyebabkan
kecelakaan kerja, ataupun yang lainnya. Oleh karena itu, pelaku industri
biasanya meminimalisir adanya getaran pada produk mereka.
Untuk meminimalisir adanya
getaran, dibutuhkan analisis getaran terlebih dahulu. Dasar-dasar analisi
getaran dapat dipahami dengan mempelajari model massa pegas peredam sederhana.
Peredam ini digunakan untuk mengurangi adanya getaran. Permodelan struktur body
mobil dapat diektrasi menjadi penjumlahan model massa pegas peredam. Dalam
membuat body mobil, permodelan merupakan hal yang penting berkaitan dengan
analisi dan sintetis benda teknis yang terdiri dalam pemilihan sistem yang
ideal. Untuk pembuatan rangka body mobil secara fisik dibutuhkan permodelan
matematika dari sistem mekanik yang berkorelasi dengan rangka mobil. Dalam
jurnal ini akan dijelaskan analisis getaran dalam sistem mekanik secara
matematis. Selain melakukan pengujian secara manual, saat ini untuk permodelan
dan pengujuan sistem mekanik teknik dibantu dengan computer. Penggunaan software
bisa jad masalah karena faktor ekonomi. Ada banyak program khusus yang
digunakan para insiyur untuk membuat analisis sistem mekanik. Salah satu
software yang digunakan yakti CATIA. CATIA adalah perangkat lunak komputer yang
ditujukan untuk model sistem 3D, sehingga model sistem mekanis dapat dengan
mudah dibuat dalam program ini, dan semua parameter dari sistem mekanik dapat
diperoleh dengan mengekspor mereka untuk GRAFSIM dengan pemanfaatan antarmuka
CatGen. Perangkat lunak ini bekerja antara CATIA dan GRAFSIM menciptakan file
input yang tepat. Berkat software ini insinyur dapat dengan mudah membangun dan
melakukan analisis dibuat dalam model lingkungan CATIA.
1. HUBUNGAN GETARAN DALAM SISTEM MEKANIK DAN ANALISIS GETARAN
SECARA MATEMATIS
Getaran merupakan fenomena
mekanik yang dimana terjadi osilasi pada sekitar titik keseimbangan suatu
partikel. Osilasi yang dimaksud yakni gerakan bolak-balik yang terjadi secara
periodik ataupun acak. Untuk menguji suatu getaran digunakan fungsi gaya ke
dalam struktur partikel, biasanya dengan beberapa jenis alat shaker.
Bergantian, sebuah DUT (Device Under Test) melekat ke meja dari shaker. Untuk
frekuensi gaya yang relatif rendah, digunakan alat shaker servohidraulik
(elektrohidraulik). Untuk frekuensi yang lebih tinggi, shaker elektrodinamik
digunakan. Umumnya, satu atau lebih input atau titik kontrol yang terletak di
DUT sisi fixture disimpan pada percepatan tertentu. Responder pada alat DUT
akan mengalami tingkat getaran maksimum (resonansi) atau tingkat getaran minimum
(anti-resonansi). Hal ini sering diinginkan untuk mencapai anti-resonansi untuk
menjaga sistem dari menjadi terlalu berisik, atau untuk mengurangi tekanan pada
bagian-bagian tertentu dari suatu sistem karena mode getaran yang disebabkan
oleh frecquencies spesifik getaran. Perangkat khusus dirancang untuk melacak
atau merekam getaran disebut vibroscopes.
Dalam menganalisis
suatu getaran dapat digunakan model massa pegas peredam sederhana. Struktur
kompleks body mobil dapat dimodelkan sebagai penjumlahan model
massa-pegas-peredam sederhana. Sebagai contoh pemodelan sistem bergetar mobil
penumpang (Skoda Fabia) disajikan dan karakteristik yang menggambarkan getaran
dan resonansi zona telah disajikan. Pada pemodelan sistem getar mobil, sering
digunakan peredam unttuk menghilangkan getaran yang ada pada mobil. Bentuk
sederhana getaran dengan peredam ditunjukkan pada gambar disamping. Persamaan
pada gambar tersebut yakni 𝑚ẍ+𝑐ẋ+𝑘𝑥=0̈. Solusi persamaan untuk
perpindahan pada gambar tersebut ialah
.
Dalam kasus sistem yang lebih
kompleks kita perlu discretize sistem menjadi lebih massa dan memungkinkan
mereka untuk bergerak dalam lebih dari satu arah - menambahkan derajat
kebebasan. Konsep utama beberapa derajat kebebasan (MDOF) dapat dipahami dengan
melihat hanya 2 model derajat kebebasan.
Persamaan
getaran yang diperoeh dari gambar ini ialah
Jika
dibuat dalam bentuk matriks:
Pada pemodelan stuktur berangka, perpindahan
dan rotasi pada pojok atau sendi sering dapat berguna sebegai koordinat umum.
Massa dapat ditempatkan pada simpul tersebut sehingga persamaan gerak dapat
ditulis dalam koordinat umum, Struktur yang kaku harus dipotong pada simpul
untuk membentuk elemen balik. Pada gambar di bawah ini dibutuhkan matriks
kekakuan dan matriks massa untuk persamaan geraknya
Gambar
1.3 gambar
1.4
Pada Gambar 1.3 dan Gambar 1.4
diperlukan tiga koordinat umum, tetapi ujung kanan dari bagian yang horizontal
itu terpaku., bebas bergerak kea rah horizontal dan tidak dapat menahan momen.
Konfigurasi kasus 2 tabel kekakuan elemen balok sesuai dengan syarat-syarat
bagian horizontal tersebut, karena pada tabel tersbut 𝜃2=12𝜃1 maka 𝑞3=12𝑞2 dan dalam gambar ini dapat
dipecahkan q1 dan q2 sebagai sistem dengan 2 derajat kebebasan. Matriks
kekakuan dapat ditentukan dengan memperhatkan superposisi dua konfigurasi yang
dipecahkan dalam elemen elemen batang horizontal dan vertikal, jika digambarkan
Maka dapat dituliskan persamaan:
Konfigurasi
pada Gambar 1.7 dapat dipecahkan pada kasus 2 dan 3 pada tabel gambar 1.5 dari
diagram benda bebas dari pojok
Persamaan untuk Gambar 1.7
Persamaan energy kinetik dapat
ditulis dari pemeriksaan Gambar 1.3
dan bagian dinamik dari persamaan
Lagrange menjadi
2. ANALISIS GETARAN MELALUI
SOFWARE CATGEN
Pemodelan
sistem bergetar mobil penumpang disajikan dan karakteristik yang meng-gambarkan
getaran dan resonansi zona telah disajikan. Pada awalnya model sederhana dari
sistem ini di software CATIA diciptakan (Gambar 2.1). CATIA singkatan dari Computer
Aided Three-dimensional Interactive Application adalah perangkat lunak
multi-platform CAD / CAM / CAE suite komersial yang sering disebut sebagai
Produk 3D Lifecycle Management software suite, CATIA mendukung beberapa tahapan
pengembangan produk (CAx), termasuk konseptualisasi, desain (CAD), manufaktur
(CAM), dan rekayasa (CAE). CATIA memfasilitasi rekayasa kolaboratif di seluruh
disiplin ilmu, termasuk permukaan & desain bentuk, teknik mesin, dan
peralatan dan sistem rekayasa. Gambar yang disajikan menunjukkan koordinat
kopling elemen elastis-redaman (EDE) (peredam kejut dan ban) serta koordinat
elemen inersia.
Jenis
bahan elemen inersia dipilih dengan cara yang akan sangat dekat dengan massa
benda aslinya. Dalam proses idealisasi 4 elemen inersia dibedakan: body, depan
dan belakang poros dan kursi pengemudi. Unsur-unsur yang terhubung satu sama
lain dengan elemen elastis-redaman. Ada 11 EDE dalam model: dua peredam kejut,
dua mata, dua peredam getaran, empat ban dan elemen elastis-dumping yang
menghubungkan tubuh mobil dengan jok. Arah dari sumbu sesuai sistem koordinat
lokal ditambah pada pusat berat dari unsur inersia tertentu dan pada elemen
elastis-damping sejajar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2. Sistem
koordinat digabungkan di pusat berat dari unsure inersia tertentu juga ditandai
pada model, serta sistem koordinat sesuai dengan elemen elastis-redaman.
Jenis
bahan elemen inersia dipilih dengan cara yang akan sangat dekat dengan massa
benda aslinya. Dalam proses idealisasi 4 elemen inersia dibedakan: bodi, depan
dan belakang poros dan kursi pengemudi. Unsur-unsur yang terhubung satu sama
lain dengan elemen elastis-redaman. Ada 11 EDE dalam model: dua peredam kejut,
dua mata, dua peredam getaran, empat ban dan elemen elastis-dumping yang
menghubungkan tubuh mobil dengan jok. Arah dari sumbu sesuai sistem koordinat
lokal ditambah pada pusat berat dari unsur inersia tertentu dan pada elemen
elastis-damping sejajar. Sistem koordinat digabungkan di pusat berat dari unsur
inersia tertentu juga ditandai pada model, serta sistem koordinat sesuai dengan
elemen elastis-redaman. Dengan pemanfaatan CatGen software parameter semua yang
diperlukan sistem diperoleh dari program CATIA. Ada massa dan pusat gravitasi
elemen inersia, poin kebetulan EDE dan titik kebetulan Eksitasi kinematik dan
dinamis. Unsur inersia pertama dari mobil penumpang adalah bodi (Gambar 2.2)
yang terhubung dengan as dan kursi pengemudi dengan elemen elastis-redaman.
Melalui dua elemen elastis-redaman (peredam kejut) tubuh ditambah dengan as
roda depan. Dua EDE tambahan (pegas dan peredam getaran) menghubungkan tubuh
dengan poros belakang dan satu EDE menghubungkan kursi pengemudi pada bodi mobil.
Aplikasi
ini memungkinkan untuk mengatur koordinat lampiran EDE dan elemen inersia
(Gambar 2.3) dan memperkenalkan kendala pada derajat kebebasan untuk elemen
inersia. Dalam kasus sistem 3D, adalah mungkin untuk membatasi 3 pemindahan dan
3 rotasi. Bagian dari window dialog CatGen dengan ditambah EDE 1 koordinat
fungsi eksitasi yang tepat. Ini bisa menjadi acak, sinusoid, impuls, langkah,
persegi panjang, sudut, lintas-potong, trapeze atau fungsi eksitasi dalam
bentuk rumus aljabar. The kinematik eksitasi dapat didefinisikan sebagai fungsi
perpindahan, kecepatan atau percepatan, tergantung pada kondisi yang berlaku
dalam model dibahas dari sebuah sistem mekanik.
3. ANALISIS NUMERIK DARI MODEL MOBIL
Analisis
getaran dapat juga dilakukan dengan cara numerik. Salah satu program computer
yang menyediakan fitur ini. Dari analisi numerik didapatkan grafik waktu respon
dan amplitudo-frekuensi pada fase sistem model mobil yang dimuat oleh eksitasi
kinematik dapat dihasilkan dari aplikasi GRAFSIM, simulasi jalan yang tidak
rata sepanjang yang kendaraan bergerak. Program ini menggunakan algoritma
transformasi struktur model ke grafik hybrid matriks (mhg) struktur dan setelah
mhg yang berubah menjadi blok diagram matriks yang disajikan pada Gambar 3.2.
Diagram ini digunakan dalam lingkungan Simulink untuk menghasilkan semua
kemungkinan jenis grafik dan struktur sepenuhnya kompetibel dengan struktur
sistem mekanik dipertimbangkan. GRAFSIM dengan cara otomatis menunjuk
transmitansi setara dengan sistem dianalisis atas dasar input dan output
mengatur blok diagram, dan menentukan matriks negaraMetode penentuan operasi
karakteristik dinamik di GRAFSIM secara langsung didasarkan pada menunjuk
transmitansi setara sistem dalam pandangan input dan output didefinisikan
(penyederhanaan diagram blok).
4. APLIKASI GETARAN
KESIMPULAN
Menganalisis getaran dalam sistem
mekanik itu punya beberapa metode seperti metode analitis dan metode pengunaan
software. Metode analisis dimodelkan sebagai penjumlahan model
massa-pegas-peredam sederhana dengan solusi umum 𝑚𝑥̈+𝑘𝑥̇+𝑐𝑥=0. Adapun pada pemodelan stuktur
berangka, perpindahan dan rotasi pada pojok atau sendi sering dapat berguna
sebegai koordinat umum. Massa dapat ditempatkan pada simpul tersebut sehingga
persamaan gerak dapat ditulis dalam koordinat umum, Penggunaan matriks
memudahakan perhitungan untuk analisis getaran.
Metode yang saat ini sering
digunakan yakni penggunaan perangkat lunak, salah satunya CATIA dan GRAFSIM.
Pemodelan sistem bergetar mobil disajikan dan karakteristik yang menggambarkan
getaran dan resonansi zona telah disajikan. Aplikasi CATIA memungkinkan untuk
mengatur koordinat lampiran EDE dan elemen inersia dan memperkenalkan kendala pada
derajat kebebasan untuk elemen inersia. Dalam kasus sistem 3D, adalah mungkin
untuk membatasi 3 pemindahan dan 3 rotasi. Untuk aplikasi GRAFSIM, selama
proses analisis, dengan menggunakan semua data yang diperoleh, GRAFSIM software
menghasilkan karakteristik dinamik operasi (transmitansi), dan matriks negara
yang menggambarkan model dari sebuah sistem mekanik
Daftar Pustaka
A, Buchacz, S. Zólkiewski,
Dynamic analysis of the mechanical systems vibrating transversally in transportation. Journal of Achievements in Materials
and Manufacturing Engineering 20 (2007) 331-334.
Geradin M., Rixen., Mechanical Vibration:
Theory and Application to Structural Dynamics, Masson, Paris, 1994
Thomson T. William, Prasetio Lea
Dra. MSc., Teori Getaran dengan Penerapan Edisi ke 2, Erlangga, Jakarta, 1992
SALAM SOLIDARITY FOREVER
No comments:
Post a Comment