BAB IV DATA DAN ANALISA
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik dinamik dari komposit hybrid serat karbon dan serat gelas yang diwakili oleh frekuensi natural dan rasio redaman. Pengujian yang dilakukan menggunakan impact hammer dengan variasi jumlah dan posisi lamina serat karbon.
Gambar 4.1 Variasi jumlah lamina serat karbon Pada variabel A1 terdiri dari 8 lamina serat gelas, variabel A2 terdiri dari 2 lamina serat karbon dan 6 lamina serat gelas, variabel A3 terdiri dari 4 lamina serat karbon dan 4 lamina serat gelas, variabel A4 terdiri dari 6 lamina serat karbon dan 2 lamina serat gelas. Pada variabel A2, A3, dan A4 lamina serat karbon berada di permukaan sedangkan lamina serat gelas berada di tengah.
Gambar 4.2 Variasi posisi lamina serat karbon Pada variabel B1 posisi lamina serat karbon berada di surface atau pada lapisan 1 dan 8, variabel B2 posisi lamina serat karbon berada pada lapisan 2 dan 7, variabel B3 posisi lamina serat karbon berada pada lapisan 3 dan 6, variabel B4 posisi lamina serat karbon berada di mid-plane atau lapisan 4 dan 5.
25
26
4.1 Pengaruh Jumlah Lamina Serat Karbon terhadap Frekuensi Natural dan Rasio Redaman Komposit Hybrid Frekuensi natural dari hasil pengujian getaran pada komposit hybrid tanpa serat karbon (A1), dengan serat karbon 2 lamina (A2), 4 lamina (A3), dan 6 lamina (A4) dapat dilihat pada gambar berikut ini:
Gambar 4.3 Grafik hubungan antara jumlah lamina serat karbon terhadap frekuensi natural komposit hybrid Gambar 4.3. menunjukkan hubungan pengaruh jumlah lamina serat karbon terhadap besarnya nilai frekuensi natural komposit hybrid. Komposit hybrid pada variabel A4 memiliki nilai frekuensi natural yang paling besar, kemudian komposit hybrid pada variabel A3, kemudian komposit hybrid pada variabel A2 dan yang paling kecil adalah komposit hybrid pada variabelA1. Nilai frekuensi natural untuk variabel A1, A2, A3, dan A4 berturut-turut adalah 15.869 Hz, 18.311 Hz, 20.752 Hz, dan 21.973 Hz. Nilai frekuensi natural terbesar terjadi pada komposit hybrid pada variabel A4 dan terendah terjadi pada variabel A1, hal ini disebabkan karena komposit hybrid pada variabel A4 memiliki nilai kekakuan yang paling besar daripada komposit hybrid pada variabel A1. Nilai kekakuan berpengaruh terhadap besarnya frekuensi natural, semakin besar nilai kekakuan suatu material maka akan menghasilkan nilai frekuensi natural yang semakin besar dan sebaliknya semakin lentur suatu material maka akan menghasilkan nilai frekuensi natural yang semakin kecil.
27
Salah satu cara untuk mengetahui nilai kekakuan dari material komposit hybrid adalah dengan melakukan uji bending. Uji bending dilakukan menggunakan metode three point bending sesuai dengan ASTM D790. Data hasil pengujian bending komposit hybrid serat karbon dan serat gelas dapat dilihat lebih jelas pada gambar berikut ini:
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara jumlah lamina serat karbon terhadap kekuatan bending komposit hybrid
Gambar 4.5 Grafik hubungan antara jumlah lamina serat karbon terhadap modulus elastisitas komposit hybrid
28
Gambar 4.4. menunjukan pengaruh jumlah lamina serat karbon terhadap besarnya nilai kekuatan bending, dari data tersebut diketahui bahwa nilai kekuatan bending maksimum terjadi pada komposit hybrid pada variabel A4 yaitu sebesar 266.54 MPa, kemudian komposit hybrid pada variabel A3 sebesar 223 MPa, kemudian komposit hybrid pada variabel A2 sebesar 202.74 MPa, dan yang paling rendah adalah komposit hybrid pada variabel A1 sebesar 181.32 MPa. Gambar 4.5. menunjukkan pengaruh jumlah lamina serat karbon terhadap besarnya nilai modulus elastisitas, dari data tersebut diketahui bahwa nilai modulus elastisitas maksimum terjadi pada komposit hybrid pada variabel A4 yaitu sebesar 11271.58 MPa, kemudian komposit hybrid pada variabel A3 sebesar 10965.99 MPa, kemudian komposit hybrid pada variabel A2 sebesar 10266.29 MPa, dan yang paling rendah adalah komposit hybrid pada variabel A1 sebesar 5984.84 MPa. Hasil pengujian bending menunjukkan bahwa komposit hybrid pada variabel A4 memiliki nilai kekakuan yang paling tinggi sehingga nilai frekuensi naturalnya paling besar dan komposit hybrid pada variabel A1 memiliki nilai kekakuan paling rendah atau lentur sehingga nilai frekuensi naturalnya paling kecil. Hal ini sesuai dengan pernyataan Mohammed (2013) bahwa efek dari bertambahnya jumlah lamina serat karbon dapat meningkatkan nilai frekuensi natural disebabkan karena meningkatnya nilai modulus elastisitas pada komposit hybrid. Nilai frekuensi natural yang meningkat ternyata tidak diikuti dengan naiknya nilai rasio redaman. Hasil dari nilai frekuensi natural dan rasio redaman cenderung menunjukkan nilai yang berlawanan, dimana pada nilai frekuensi natural tertinggi akan mempunyai nilai rasio redaman yang rendah. Hasil pengujian untuk rasio redaman dapat dilihat lebih jelas pada gambar berikut ini:
29
Gambar 4.6 Grafik hubungan antara jumlah lamina serat karbon terhadap rasio redaman komposit hybrid Gambar 4.6. menunjukkan hubungan pengaruh jumlah lamina serat karbon terhadap besarnya nilai rasio redaman komposit hybrid. Komposit hybrid pada variabel A4 memiliki nilai rasio redaman yang paling kecil, kemudian komposit hybrid pada variabelA3, kemudian komposit hybrid pada variabel A2, dan yang paling besar adalah komposit hybrid pada variabel A1. Nilai rasio redaman untuk variabel A1, A2, A3, dan A4 berturut-turut adalah 0.051, 0.043, 0.023, dan 0.021. Perbedaan nilai rasio redaman pada setiap case juga disebabkan karena faktor kekakuan, semakin besar nilai kekakuan suatu material maka akan memiliki rasio redaman yang semakin kecil sehingga kemampuan untuk menyerap atau mendisipasi energi akan semakin kecil dan semakin kecil nilai kekakuan suatu material atau lentur maka akan menghasilkan rasio redaman yang semakin besar sehinggga kemampuan untuk menyerap atau mendisipasi energi semakin tinggi.
30
4.2 Pengaruh Posisi Lamina Serat Karbon terhadap Frekuensi Natural dan Rasio Redaman Komposit Hybrid Pengaruh posisi lamina serat karbon terhadap frekuensi natural pada komposit hybrid dapat dilihat pada gambar berikut ini:
Gambar 4.7 Grafik hubungan antara posisi lamina serat karbon terhadap frekuensi natural komposit hybrid Gambar 4.7. menunjukkan hubungan pengaruh posisi lamina serat karbon terhadap besarnya nilai frekuensi natural komposit hybrid. Hasil dari pengujian menunjukkan adanya penurunan nilai frekuensi natural ketika posisi lamina serat karbon berubah dari surface menuju ke mid-plane. Komposit hybrid pada variabel B1 nilai frekuensi natural yang paling besar, kemudian komposit hybrid pada variabel B2, kemudian komposit hybrid pada variabel B3, dan yang paling kecil adalah komposit hybrid pada variabel B4. Nilai frekuensi natural untuk variabel B1, B2, B3, dan B4 berturut-turut adalah 18.311 Hz, 17.09 Hz, 15.869 Hz, dan 13.428 Hz. Nilai frekuensi natural terbesar terjadi pada komposit hybrid pada variabel B1 dan terendah terjadi pada variabel B4, hal ini juga disebabkan karena komposit hybrid pada variabel B1 memiliki nilai kekakuan yang paling besar daripada komposit hybrid pada variabel B4. Nilai kekakuan dari material komposit hybrid diketahui dengan melakukan uji bending. Data hasil pengujian bending komposit hybrid serat karbon dan serat gelas dapat dilihat lebih jelas pada gambar berikut ini:
31
Gambar 4.8 Grafik hubungan antara posisi lamina serat karbon terhadap kekuatan bending komposit hybrid
Gambar 4.9 Grafik hubungan antara posisi lamina serat karbon terhadap modulus elastisitas komposit hybrid Gambar 4.8. menunjukan pengaruh posisi lamina serat karbon terhadap besarnya nilai kekuatan bending, dari data tersebut diketahui bahwa nilai kekuatan bending maksimum terjadi pada komposit hybrid pada variabel B1 yaitu sebesar 215.37 MPa, kemudian komposit hybrid pada variabel B2 sebesar 190.37 MPa, kemudian komposit hybrid pada variabel B3 sebesar 146.48 MPa, dan yang paling rendah adalah komposit hybrid pada variabel B4 sebesar 104.41 MPa.
32
Gambar 4.9. menunjukkan pengaruh posisi lamina serat karbon terhadap besarnya nilai modulus elastisitas, dari data tersebut diketahui bahwa nilai modulus elastisitas maksimum terjadi pada komposit hybrid pada variabel B1 yaitu sebesar 10590.9 MPa, kemudian komposit hybrid pada variabel B2 sebesar 7377.48 MPa, kemudian komposit hybrid pada variabel B3 sebesar 4522.85 MPa, dan yang paling rendah adalah komposit hybrid pada variabel B4 sebesar 3432.58 MPa. Hasil pengujian bending menunjukkan bahwa komposit hybrid pada variabel B1 memiliki nilai kekakuan yang paling tinggi sehingga frekuensi naturalnya paling besar dan komposit hybrid pada variabel B4 memiliki nilai kekakuan paling rendah atau lentur sehingga nilai frekuensi naturalnya paling kecil. Hal ini sesuai dengan pernyataan Mohammed (2013) menurunnya nilai frekuensi natural disebabkan karena menurunnya nilai modulus elastisitas pada komposit hybrid, dimana pada saat posisi lamina serat karbon berada di surface memiliki nilai kekakuan yang lebih besar dibandingkan dengan posisi mid-plane. Lamina serat karbon berada di surface menyebabkan struktur atau sistem memiliki nilai kekakuan yang lebih tinggi dibandingkan dengan lamina serat gelas berada di surface. Hal ini disebabkan pada saat terjadi pembebanan lamina serat karbon yang berada di surface jauh lebih kuat menahan beban jika dibandingkan dengan serat gelas. Untuk mengetahui nilai kekakuan dari serat karbon dan serat gelas itu sendiri dapat diketahui dari persamaan σ = P/A. Menurut Pehlivenli (2015) yang telah melakukan pengujian menunjukkan bahwa nilai compressive strength dan flexural strength paling besar dimiliki oleh serat karbon dibandingkan dengan serat gelas. Nilai rasio redaman dari hasil pengujian getaran komposit hybrid dengan variasi posisi lamina serat karbon dapat dilihat pada gambar berikut ini:
33
Gambar 4.10 Grafik hubungan antara posisi lamina serat karbon terhadap rasio redaman komposit hybrid Gambar 4.10. menunjukan hubungan pengaruh posisi lamina serat karbon terhadap besarnya nilai rasio redaman komposit hybrid. Komposit hybrid pada variabel B1 memiliki nilai rasio redaman yang paling kecil, kemudian komposit hybrid pada variabel B2, kemudian komposit hybrid pada variabel B3, dan yang paling besar adalah komposit hybrid pada variabel B4. Nilai rasio redaman untuk variabel B1, B2, B3, dan B4 berturut-turut adalah 0.024, 0.046, 0.057, dan 0.09. Pengaruh posisi lamina serat karbon terhadap rasio redaman adalah semakin besar pengaruh posisi lamina serat karbon terhadap nilai kekakuan dari komposit hybrid maka nilai rasio redamannya semakin kecil sehingga kemampuan untuk menyerap atau mendisipasi energi akan semakin rendah.
Dari hasil analisa penelitian yang sudah dilakukan menunjukkan bahwa struktur atau sistem yang memiliki nilai kekakuan paling besar maka nilai frekuensi natural semakin besar dan rasio redaman semakin kecil. Perhitungan nilai frekuensi natural ini merupakan hal yang utama karena apabila nilai frekuensi rangsangan sama dengan frekuensi natural sistem maka akan didapat resonansi dan osilasi besar yang berbahaya mungkin terjadi. Frekuensi natural yang meningkat maka rasio redaman menurun. Rasio redaman ini diperoleh untuk meredam getaran yang ada pada struktur atau sistem, jika rasio redaman menurun maka struktur atau sistem semakin kaku.
