PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP FREKUENSI PRIBADI DAN RASIO REDAMAN KOMPOSIT HIBRYD SERAT KARBON DAN SERAT GELAS
SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Oleh : YON AFIF HIDAYAT NIM. I0409055
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015
PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP FREKUENSI PRIBADI DAN RASIO REDAMAN KOMPOSIT HIBRYD SERAT KARBON DAN SERAT GELAS Disusun oleh
Yon Afif Hidayat NIM. I0409055 Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Didik Djoko Susilo, S.T., M.T. NIP. 197203131997021001
Ir. Wijang Wisnu Raharjo,M.T. NIP. 196810041999031002
Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Selasa tanggal 7 Juli 2015
1. Dr. Budi Santoso S.T., M.T. NIP. 197011052000031001
..........................................
2. Dr. Triyono, S.T., M.T. NIP. 197406251999031002
..........................................
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Mesin
Koordinator Tugas Akhir
Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T. NIP. 197106151998021002
Nurul Muhayat, S.T., M.T. NIP. 197003231998021001
iii
PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP FREKUENSI PRIBADI DAN RASIO REDAMAN KOMPOSIT HIBRYD SERAT KARBON DAN SERAT GELAS Yon Afif Hidayat Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia E-mail :
[email protected] Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji effek perlakuan panas terhadap karakteristik dinamik komposit hybrid. Komposit hybrid terdiri dari unsaturated polyester resin yang diperkuat serat gelas dan serat karbon dengan fraksi volume 0.4 dan dibuat dengan metode hand lay-up. Pengujian getaran dilakukan menurut ASTM E756. Variabel penelitian yang dikaji berupa perlakuan panas (tanpa pemanasan, 100 oC, 200 oC, dan 280 oC) dan konfigurasi pemasangan komposit. Metode yang digunakan dalam penentuan frekuensi pribadi dan rasio redaman adalah metode half-power bandwidth. Hasil penelitian menunjukan bahwa perlakuan panas dan konfigurasi pemasangan struktur komposit (upright, downward, dan horizontal) berpengaruh terhadap frekuensi pribadi dan rasio redaman. Karakteristik komposit setelah pemanasan, menunjukkan bahwa pada temperatur sedang (di bawah 100 oC) nilai frekuensi pribadi meningkat dan rasio redaman menurun, akibat terjadi peningkatan kekakuan komposit. Pada suhu tinggi (di atas 100 oC) frekuensi pribadi akan semakin kecil dan rasio redaman akan semakin besar seiring bertambahnya suhu. Konfigurasi pemasangan komposit pada orientasi downward memiliki frekuensi pribadi paling tinggi dibandingkan dengan upright dan horizontal, akan tetapi memiliki rasio redaman paling kecil dibandigkan dengan upright and horizontal. Kata kunci : frekuensi pribadi, komposit hybrid, konfigurasi tumpuan, perlakuan panas, rasio redaman.
iv
EFFECT OF HEAT TREATMENT ON NATURAL FREQUENCY AND DAMPING RATIO OF COMPOSITE HYBRID CARBON FIBER AND GLASS FIBER Yon Afif Hidayat Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia E-mail :
[email protected] Abstract The purpose of this study is to examine the effect of heat treatment to the dynamic characteristic of carbon-glass fiber hybrid composite. The hybrid composite was consist of unsaturated polyester resin reinforced glass and carbon fiber with volume fraction 0.4 and made by hand lay-up method. The vibration test were conducted according to ASTM E756. The experiment variable studied is heat treatment (without heat treat, 100 oC, 200 oC, and 280 oC) and installation composite configuration. The damping ratio was determine using half-power bandwidth method. The results showed that the heat treatment and installation composite configuration (upright, downward, dan horizontal) affect to the natural frequency and the damping ratio. The characteristic of the composite after heating, revealed that at moderate temperatures (lower than 100 oC) the natural frequency value increase and the damping ratio decrease causes an improvement of composite stiffness. In high temperatures (higher than 100 oC) the natural frequency will be smallest and the damping ratio will be highest when the temperature greater. The configuration installation of composite structures on the downward orientation will have the highest natural frequency than upright and horizontal result, however have the damping ratio value smallest than upright and horizontal. Keyword : damping ratio, heat treatment, hybrid composite, natural frequency, support configuration.
v
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT, atas segala rahmat dan karunia-Nya yang telah memberikan nikmat kesehatan, hikmah dan pertolongan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan Laporan Tugas Akhir ini. Tujuan penulisan Laporan Tugas Akhir ini adalah untuk memenuhi persyaratan guna mencapai gelar Sarjana Teknik Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis mengucapkan banyak terima kasih yang tulus kepada semua pihak yang telah berpartisipasi dalam penelitian serta penulisan Laporan Tugas Akhir ini, khususnya kepada: 1. Allah SWT atas segala kenikmatan yang telah diberikan. 2. Dr. Eng. Syamsul Hadi, ST, MT, selaku ketua jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 3. Bapak Didik Djoko Susilo, ST, MT, selaku dosen pembimbing I yang telah membimbing, memberikan banyak ilmu dan masukannya sehingga tugas akhir ini bisa terselesaikan. 4. Bapak Ir. Wijang Wisnu Raharjo, MT, selaku dosen pembimbing II yang telah dengan sabar memberikan arahan sampai tugas akhir ini selesai. 5. Bapak – bapak Dosen Teknik Mesin yang dengan disiplin menyampaikan ilmunya. 6. Keluarga tercinta yang selalu sabar dan telah memberikan sumbangan besar baik moral maupun material. 7. Tim getaran Hafid, El-Hafid, Julian, Fauzan, Niko, Rifai, Toni dan Sigit yang telah bekerja sama dan saling membantu. 8. Teman-teman Teknik Mesin Reguler 2009 UNS atas kekompakan dan dukungannya. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang turut serta memberikan bantuan dan sumbangan pemikiran selama penulis mengikuti perkuliahan. Akhirnya segala kebaikan yang telah diberikan kepada penulis dapat menjadi karunia yang tidak terhingga dalam hidupnya. Penulis menyadari bahwa dalam skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari vi
pembaca demi sempurnanya skripsi ini. Dengan segala keterbatasan yang ada, penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat dalam memperkaya khasanah ilmu pendidikan.
Surakarta,
Juli 2015
Penulis
Yon Afif Hidayat NIM. I0409055
vii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL .................................................................................. i HALAMAN SURAT PENUGASAN ........................................................ ii HALAMAN PENGESAHAN .................................................................... iii ABSTRAK ................................................................................................... iv ABSTRACT ................................................................................................ v KATA PENGANTAR ................................................................................. vi DAFTAR ISI ............................................................................................... viii DAFTAR TABEL ...................................................................................... x DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xi DAFTAR RUMUS ..................................................................................... xii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah …............................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah …...................................................................... 3 1.3 Batasan Masalah …........................................................................ 3 1.4 Tujuan Penelitian …....................................................................... 3 1.5 Manfaat Penelitian …..................................................................... 3 1.6 Sistematika Penulisan …................................................................ 4 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka …........................................................................ 5 2.2 Kajian Teori Komposit …............................................................. 7 2.2.1 Komposit Hybrid ................................................................... 9 2.2.2 Polimer .................................................................................. 11 2.2.3 Poliester ................................................................................. 11 2.2.4 Katalis .................................................................................... 12 2.2.5 Transisi Gelas ......................................................................... 12 2.2.6 Ikatan Silang ........................................................................... 13 2.3 Kajian Teori Getaran …................................................................. 14 2.3.1 Rasio Redaman ...................................................................... 15 2.3.2 Frekuensi Natural ................................................................... 15 2.3.3 Menentukan Rasio Redaman ................................................ 16 2.3.4 Experimental Modal Analysis .............................................. 18 2.3.5 Frequency Respons Function ............................................... 19 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat Penelitian …....................................................................... 20 3.2 Diagram Alir Penelitian .................................................................. 20 3.3 Bahan Penelitian ….......................................................................... 21 3.4 Alat Penelitian ................................................................................. 21 3.5 Langkah Kerja Penelitian ................................................................ 25 3.5.1 Tahap Pembuatan Komposit Hybrid ...................................... 25 3.5.2 Tahap Pembuatan Spesimen Uji Getaran ............................... 26 3.5.3 Tahap Pengujian Getaran ....................................................... 26 3.5.4 Tahap Pengujian Bending ...................................................... 27 3.5.5 Tahap Analisa Data ................................................................ 29 BAB IV DATA DAN ANALISA 4.1 Pengaruh Perlakuan Panas Terhadap Frekuensi Pribadi dan Rasio Redaman Komposit Hybrid ............................................................ 30 viii
4.2 Pengaruh Konfigurasi Posisi Pengujian Terhadap Frekuensi Pribadi dan Rasio Redaman Komposit Hybrid ................................................... 34 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ….................................................................................. 36 5.2 Saran …........................................................................................... 36 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
ix
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Sifat-sifat serat gelas ............................................................. 9 Tabel 2.2 Sifat-sifat serat E-Glass ........................................................ 10 Tabel 2.3
Sifat-sifat serat karbon berbasis Polyacrylomitrie ................ 10
Tabel 2.4 Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin Yucalac 157 ® BQTNEX ......................................................................................... 12 Tabel 2.5 Nilai numerik (𝛽𝑛 𝑙)2 untuk keadaan ujung tertentu .............. 15
x
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1
Klasifikasi struktur komposit ................................................... 7
Gambar 2.2
Ilustrasi komposit berdasarkan strukturnya ............................. 8
Gambar 2.3
Transisi gelas ........................................................................... 13
Gambar 2.4
Ikatan pada polimer ................................................................. 13
Gambar 2.5
Respon displacment dari sistem getaran yang bergetar bebas . 16
Gambar 2.6
Half power bandwidth ............................................................. 18
Gambar 3.1
Diagram alir penelitian ............................................................. 20
Gambar 3.2
Timbangan digital ..................................................................... 21
Gambar 3.3
Oven .......................................................................................... 21
Gambar 3.4
impact hammer ......................................................................... 22
Gambar 3.5
Piezoelectrik accelerometer sensor .......................................... 23
Gambar 3.6
Power unit ................................................................................. 24
Gambar 3.7
Digital storage oscilloscope ...................................................... 24
Gambar 3.8
Cetakan komposit ..................................................................... 25
Gambar 3.9
Spesimen uji .............................................................................. 26
Gambar 3.10 Skema konfigurasi pemasangan struktur .................................. 26 Gambar 3.11 Rangkaian alat uji getaran ......................................................... 27 Gambar 3.12 Universal Testing Machine ....................................................... 28 Gambar 3.13 Skema pengujian Three Point Bending ...................................... 27 Gambar 4.1
Grafik hubungan antara suhu perlakuan panas terhadap frekuensi pribadi komposit hybrid ............................................................ 30
Gambar 4.2
Modulus elastisitas bending komposit hybrid ........................... 31
Gambar 4.3
Grafik TGA resin dan komposit ................................................ 32
Gambar 4.4
Perubahan warna pada komposit akibat proses pemanasan ...... 33
Gambar 4.5
Grafik hubungan antara suhu perlakuan panas terhadap rasio redaman komposit hybrid .......................................................... 34
xi
DAFTAR RUMUS Rumus 2.1
Persamaan Rasio Redaman ........................................................ 14
Rumus 2.2
Persamaan Frekuensi Natural ..................................................... 15
Rumus 2.3
Persamaan Frekuensi Natural Kantilever ................................... 15
Rumus 2.4
Persamaan Umum Getaran Teredam ......................................... 16
Rumus 2.5
Persamaan Dasar Pengurangan Logaritmik ............................... 16
Rumus 2.6
Persamaan Pengurangan Logaritmik ......................................... 16
Rumus 2.7
Persamaan Subtitusi Pengurangan Logaritmik .......................... 16
Rumus 2.8
Persamaan Pendekatan Pengurangan Logaritmik ...................... 16
Rumus 2.9
Persamaan rasio redaman ........................................................... 17
Rumus 2.10
Persamaan Hubungan Sinyal Input dan Output ......................... 19
xii
