Kitabul Hanif: GETARAN MEKANIK

Nama : Hanif Choirul Yahya

NPM : 23415025

Kelas : 3ic06

Getaran adalah gerakan bolak-balik dalam suatu interval waktu tertentu. Getaran berhubungan dengan gerak osilasi benda dan gaya yang berhubungan dengan gerak tersebut. Semua benda yang mempunyai massa dan elastisitas mampu bergetar, jadi kebanyakan mesin dan struktur rekayasa (engineering) mengalami getaran sampai derajat tertentu dan rancangannya biasanya memerlukan pertimbangan sifat osilasinya.

Salah satu tujuan belajar getaran adalah mengurangi efek negatif getaran melalui desain mesin yang baik. Hampir semua alat gerak mempunyai masalah getaran karena adanya ketidak seimbangan mekanisme, contohnya :

§ Mechanical failures karena material fatigue

§ Getaran dapat mengakibatkan keausan yang lebih cepat

§ Dalam proses manufaktur, getaran dapat menyebatkan hasil akhir yang buruk

Selain efek yang merusak, getaran dapat digunakan untuk hal hal yang berguna. Contohnya:

§ Getaran digunakan dalam conveyors getar, mesin cuci, sikat gigi elektrik.

§ Getaran juga digunakan dalam pile driving, vibratory testing of materials.

§ Getaran digunakan untuk menaikan efisiensi dari proses permesinan seperti casting dan forging.

Pengelompokkan Getaran:

1. Getaran Bebas dan Paksa

2. Getaran Teredam dan tak teredam

3. Getaran Deterministic dan Random

1. Getaran Bebas Dan Getaran Paksa

Getaran Bebas

Getaran bebas terjadi jika sistem berosilasi karena bekerjanya gaya yang ada dalam sistem itu sendiri (inherent), dan jika ada gaya luas yang bekerja. Sistem yang bergetar bebas akan bergerak pada satu atau lebih frekuensi naturalnya, yang merupakan sifat sistem dinamika yang dibentuk oleh distribusi massa dan kekuatannya. Semua sistem yang memiliki massa dan elastisitas dapat mengalami getaran bebas atau getaran yang terjadi tanpa rangsangan luar.

Getaran Paksa

Getaran paksa adalah getaran yang terjadi karena rangsangan gaya luar, jika rangsangan tersebut berosilasi maka sistem dipaksa untuk bergetar pada frekuensi rangsangan. Jika frekuensi rangsangan sama dengan salah satu frekuensi natural sistem, maka akan didapat keadaan resonansi dan osilasi besar yang berbahaya mungkin terjadi. Kerusakan pada struktur besar seperti jembatan, gedung ataupun sayap pesawat terbang, merupakan kejadian menakutkan yang disebabkan oleh resonansi. Jadi perhitungan frekuensi natural merupakan hal yang utama.

2. Getaran Teredam dan Tak Teredam

Damping

Dalam system dynamic bekerja dissipative forces – friction, structural resistances. Umumnya, damping dalam structural systems adalah kecil dan mempunyai efek yang kecil terhadap natural frekuensi. Tetapi, damping mempunyai pengaruh yang besar dalam mengurangi resonant pada structural system

3. Getaran Deterministic dan Random

Getaran Deterministic

Sinyal disebut deterministic, selama harga dari sinyal dapat diprediksi.

Getaran Random

§ Tidak memiliki sinyal yang periodik maupun harmonik

§ Harga dari getaran random tidak dapat di prediksi

§ Tetapi getaran random bisa di gambarkan secara statistic

Getaran bebas tanpa peredam

https://i0.wp.com/upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e0/Mass_spring.svg/200px-Mass_spring.svg.png

Model massa-pegas sederhana:

Pada model yang paling sederhana redaman dianggap dapat diabaikan, dan tidak ada gaya luar yang memengaruhi massa (getaran bebas). Dalam keadaan ini gaya yang berlaku pada pegas F_s sebanding dengan panjang peregangan x, sesuai dengan hukum Hooke, atau bila dirumuskan secara matematis:

$ F_s=- k x \! $

dengan k adalah tetapan pegas.

Sesuai Hukum kedua Newton gaya yang ditimbulkan sebanding dengan percepatan massa:

$ \Sigma\ F = ma = m \ddot{x} = m \frac{d^2x}{dt^2} = $

Karena F = F_s, kita mendapatkan persamaan diferensial biasa berikut:

https://i0.wp.com/upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9d/Simple_harmonic_oscillator.gif/100px-Simple_harmonic_oscillator.gif

$m \ddot{x} + k x = 0.$

Gerakan harmonik sederhana sistem benda-pegas. Bila kita menganggap bahwa kita memulai getaran sistem dengan meregangkan pegas sejauh A kemudian melepaskannya, solusi persamaan di atas yang memerikan gerakan massa adalah:

$ x(t) = A \cos (2 \pi f_n t) \! $

Solusi ini menyatakan bahwa massa akan berosilasi dalam gerak harmonis sederhana yang memiliki amplitudo A dan frekuensi f_n. Bilangan f_n adalah salah satu besaran yang terpenting dalam analisis getaran, dan dinamakan frekuensi alami takredam. Untuk sistem massa-pegas sederhana, f_n didefinisikan sebagai:

$ f_n = {1\over {2 \pi}} \sqrt{k \over m} \! $

Catatan: frekuensi sudut ω (ω = 2πf) dengan satuan radian per detik kerap kali digunakan dalam persamaan karena menyederhanakan persamaan, namun besaran ini biasanya diubah ke dalam frekuensi “standar” (satuan Hz) ketika menyatakan frekuensi sistem.

Bila massa dan kekakuan (tetapan k) diketahui frekuensi getaran sistem akan dapat ditentukan menggunakan rumus di atas.

Getaran bebas dengan redaman

Bila peredaman diperhitungkan, berarti gaya peredam juga berlaku pada massa selain gaya yang disebabkan oleh peregangan pegas. Bila bergerak dalam fluida benda akan mendapatkan peredaman karena kekentalan fluida. Gaya akibat kekentalan ini sebanding dengan kecepatan benda. Konstanta akibat kekentalan (viskositas) c ini dinamakan koefisien peredam, dengan satuan N s/m (SI)

$ F_d = - c v = - c \dot{x} = - c \frac{dx}{dt} \! $

Dengan menjumlahkan semua gaya yang berlaku pada benda kita mendapatkan persamaan

$m \ddot{x} + { c } \dot{x} + {k } x = 0.$

Solusi persamaan ini tergantung pada besarnya redaman. Bila redaman cukup kecil, sistem masih akan bergetar, namun pada akhirnya akan berhenti. Keadaan ini disebut kurang redam, dan merupakan kasus yang paling mendapatkan perhatian dalam analisis vibrasi. Bila peredaman diperbesar sehingga mencapai titik saat sistem tidak lagi berosilasi, kita mencapai titik redaman kritis. Bila peredaman ditambahkan melewati titik kritis ini sistem disebut dalam keadaan lewat redam.

Nilai koefisien redaman yang diperlukan untuk mencapai titik redaman kritis pada model massa-pegas-peredam adalah:

$c_c= 2 \sqrt{k m}$

Untuk mengkarakterisasi jumlah peredaman dalam sistem digunakan nisbah yang dinamakan nisbah redaman. Nisbah ini adalah perbandingan antara peredaman sebenarnya terhadap jumlah peredaman yang diperlukan untuk mencapai titik redaman kritis. Rumus untuk nisbah redaman (ζ) adalah

$\zeta = { c \over 2 \sqrt{k m} }.$

Sebagai contoh struktur logam akan memiliki nisbah redaman lebih kecil dari 0,05, sedangkan suspensi otomotif akan berada pada selang 0,2-0,3.

Solusi sistem kurang redam pada model massa-pegas-peredam adalah

$x(t)=X e^{-\zeta \omega_n t} \cos({\sqrt{1-\zeta^2} \omega_n t - \phi}) , \ \ \omega_n= 2\pi f_n$

Nilai X, amplitudo awal, dan ϕ, ingsutan fase, ditentukan oleh panjang regangan pegas.

Dari solusi tersebut perlu diperhatikan dua hal: faktor eksponensial dan fungsi cosinus. Faktor eksponensial menentukan seberapa cepat sistem teredam: semakin besar nisbah redaman, semakin cepat sistem teredam ke titik nol. Fungsi kosinus melambangkan osilasi sistem, namun frekuensi osilasi berbeda daripada kasus tidak teredam.

Frekuensi dalam hal ini disebut “frekuensi alamiah teredam”, f_d, dan terhubung dengan frekuensi alamiah takredam lewat rumus berikut.

$f_d= \sqrt{1-\zeta^2} f_n$

Frekuensi alamiah teredam lebih kecil daripada frekuensi alamiah takredam, namun untuk banyak kasus praktis nisbah redaman relatif kecil, dan karenanya perbedaan tersebut dapat diabaikan. Karena itu deskripsi teredam dan takredam kerap kali tidak disebutkan ketika menyatakan frekuensi alamiah.

5 EFEK GETARAN MEKANIK DAN ARAH GETARAN TERHADAP MANUSIA

Pengaruh getaran terhadap manusia diteliti pada empat variabel yaitu lelahan, energi kerja, waktu respon, dan ketidaknyamanan. Untuk pengolahan ta, nilai akselarasi getaran dikelompokkan atas 9 tingkat akselarasi yaitu a < 5 m/s2, 0.5 < a < 1.5 m/s2, 1.5 < a < 2.5 m/s2, 2.5 < a < 3.5 m/s2 3.5< a < 4.5 s2, 4.5< a < 5.5 m/s2, 5.5< a < 6.5 m/s2, 6.5< a < 8.5 m/s2, dan 8.5< a < 10.5 s2. Jumlah data dalam setiap kelas bervariasi antara 5 sampai 17 data. ngelompokkan data bertujuan agar setiap pengaruh akselarasi terhadap variabel

Penelitian disebabkan oleh kondisi getaran yang sama. Penelitian ini lebih mfokuskan pada pengaruh tingkat akselarasi dari 0 sampai 6.5 m/s2, karena ta lebih lengkap tersedia hanya sampai akselarasi 6.5 m/s2. Sedangkan untuk selarasi di atas 6.5 m/s2 data hasil simulasi lebih sedikit, sehingga untuk ngantisipasi keterbatasan data maka ukuran interval akselarasi yang digunakan njadi lebih besar. Untuk selanjutnya nilai akselarasi dalam pengolahan data akili oleh nilai tengah setiap level.

Nilai rata-rata akselarasi diperoleh dari nilai Root Mean Square akselarasi tuk ketiga arah getar. Tidak digunakan nilai Vibration Dose Value (VDV) rena nilai crestfactor yang dihasilkan berada di bawah 1. Crestfactor adalah io antara amax terhadap aRMS. Jika crestfactor lebih dari 9 maka digunakan nilai V sebagai rata-rata akselarasi untuk menjamin efek dari getaran kejut ikut

Mempertimbangkan. Perhitungan nilai crestfactor untuk sampel data penelitian dapat pada Lampiran 5. Sesuai dengan rancangan awal simulator, tidak dapat getaran kejut dalam proses simulasi.

Akselarasi getaran yang digunakan dalam penelitian ini bervariasi antara 1 s2 sampai 10 m/s2. Akselarasi horizontal di atas 11 m/s2 merupakan kondisi ak aman untuk kerja selama lima menit dan akselarasi vertikal di atas 5 m/s2 rupakan kondisi tidak aman untuk kerja selama lima menit berdasarkan tasan dari grafik fatigue-decreased proficiency dari ISO 2631-1 untuk frekuensi taran 16 Hz. Getaran berada pada frekuensi antara 9 Hz sampai 30 Hz, data mpel dapat dilihat pada Lampiran 7 yang memuat sampel data getaran dan nilai estfactor.

DAFTAR PUSTAKA

https://taufiqurrokhman.wordpress.com/2011/07/12/bahan-kuliah-getaran-mekanik/

repository.ipb.ac.id/jspui/.../8/BAB%20V%20Efek%20Getaran%20Mekanik%20....pdf