Perekat Celotip Dua Sisi untuk Meningkatkan Kekakuan Dinamis dan Redaman Struktur Suhardjono Jurusan Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111 Abstrak Perekat celotip dua sisi (double sided adhesive tape) digunakan untuk merekatkan pelat baja yang satu dengan yang lainnya, sehingga berlapis-lapis menyerupai kue lapis. Konstruksi ini lebih dikenal sebagai Konstruksi Sandwich (Sandwich Contruction). Jadi konstruksi ini terdiri dari baja atau konstruksi lainnya dan perekat elastis seperti karet atau lem sebagai lapisan peredam. Hasil percobaan dengan menggunakan dua buah pelat stainless steel yang masing-masing tebalnya 1 mm dan dilekatkan dengan celotip dua sisi (double sided adhesive tape), memberikan hasil peningkatan rasio redaman dari 0,4% menjadi 18,31 % atau peningkatan redaman sekitar 45 kalinya dan peningkatan frekuensi pribadi dari 17,00 Hz menjadi 26,41 Hz sehingga terjadi peningkatan kekakuan dinamis sebesar 55,35 %. Konstuksi sandwich ini sudah banyak diaplikasikan dalam berbagai bidang. Di bidang transportasi, yaitu landasan rel kereta api kecepatan tinggi di Jerman dilapisi dengan tikar karet untuk meredam getaran pada saat kereta api melintasi rel tersebut. Di bidang otomotive : Mercedes Benz mengembangkan karosesi dengan konstruksi sandwich ini. Di bidang manufaktur, yaitu penggunaan seismic damper untuk meredam getaran benda kerja saat proses pemotongan di mesin bubut. Diharapkan dengan ide yang sederhana ini dapat memberikan wawasan yang lebih luas lagi dalam penggunaan teknologi sandwich ini. Kata Kunci : Sandwich, celotip dua sisi, rasio redaman
Untuk mencapai suatu reduksi getaran, dikembangkan satu metode baru yang disebut Peredam Plat (Jerman : Stabdämpfung). Metode ini sangat murah, relatif mudah dirancang dan dibuat serta tidak membutuhkan perkerjaan yang presisi. Prinsip kerja dari Peredam Plat ini terdiri dari desipasi energi akibat gesekan atau akibbat lapisan peredam yang berupa lem atau celotip perekat dua sisi (double sided adhesive tape) diantara dua plat yang dilekatkan. Oleh karena itu energi getaran berkurang dan mengakibatkan getaran juga tereduksi. Pada penelitian pendahuluan ini dilakukan dengan plat yang dijepit pada salah satu sisinya. Pada kondisi seperti ini sistem getaran dasarnya dapat didekati dengan model sistem diskret satu derajat kebebasan ( SDOF). Hasil penelitian ternyata kenaikan redaman sangat tergantung pada material perekat, moment puntir dari baut pengikat dan jumlah plat yang dilekatkan. Namun dalam
topik bahasan ini yang akan ditampilkan hanya data hasil penelitian untuk satu macam material perekat dan hanya dua plat. Tujuan Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh lapisan peredam yang berupa „double sided adhesive tape“ pada kenaikan rasio redaman dan kekakuan dinamis dalam struktur lapis atau sandwich. Dasar Teori Frekuensi pribadi dasar dari plat yang dijepit pada ujungnya oleh Hütte dirumuskan sebagai berikut:
f 01 =
1 2π
2
E⋅I 1,875 ⋅ ⋅ ρ⋅A l
(1)
dengan E modulus elastisitas I moment inersia penampang 59
60 Jurnal Teknik Mesin Volume 2, Nomer 2, Mei 2002
ρ massa jenis A luas penampang Dua plat yang saling direkatkan mempunyai frekuensi pribadi yang hampir sama dengan satu plat, karena tidak hanya kekakuan dari dua plat tadi meningkat dua kali lipat, tetapi juga massa juga meningkat dua kali lipat. Hubungan frekuensi resonansi fr dan frekuensi pribadi f0 dapat ditulis
f r = f0 ⋅ 1− D2 dimana D adalah rasio redaman. Konstruksi Rangkaian Percobaan Untuk mengetahui efek dari celotip perekat dua sisi dilakukan pengukuran getaran dari dua plat yang digabung, pertama tanpa perekat kemudian yang kedua baru dengan perekat. Konstruksi rangkaian percobaan seperti pada gambar 1
Dua plat steinless steel lebar 68 mm dengan tebal masing-masing 1 mm ditempelkan satu sama lainnya dan dijepit pada salah satu ujungnya dengan ragum (vise). Ujung plat yang lain diberi simpangan awal sehingga plat bergetar bebas kemudian diukur dalam domain waktu untuk mengetahui laju peluruhannya dan domain frekuensi untuk mengetahui frekuensi resonansinya. Perubahan frekuensi pribadi akan menunjukkan perubahan kakakuan dinamisnya, karena massa plat relatif konstan. Sensor getaran yang dipakai adalah accelerometer (Beschleunigung Aufnehmer) yang sinyalnya diperkuat dengan sumber arus konstan (Konstantstromquelle) dan direkam serta dianalisa dengan Analysator.
210
Beschleunigungsaufnehmer
Konstantstromquelle
Analysator
1 m m dick und 68 mm breit Schraube M 4x10
Gambar 1. Konstruksi rangkaian percobaan plat peredam
(2)
Suharjono, Perekat Selotip Dua Sisi
mit Tesa-Klebeband
lose ganz fest
fest
Vorspannung der Schraube
ganz lose
ohne Schrauben
ohne Klebeband
61
Gambar 2 Getaran Peredam plat tipis dalam domsin waktu Hasil Percobaan Hasil pengukuran getaran bebas peredam plat dapat dilihat pada gambar 2. Untuk lebih teliti rasio redaman dihitung bukan dari frekuensi resonansi persamaan (2) melainkan rumus pendekatan laju peluruhan logaritmis sebagai berikut :
yˆ 1 1 ⋅ ⋅ ln 0 für D ≤ 30% 2π n yˆ n dengan yˆ 0 harga maksimal dari Amplitude ke D≈
nul dan n.
yˆ n harga maksimal dari Amplitude ke
(3)
62 Jurnal Teknik Mesin Volume 2, Nomer 2, Mei 2002
Tabel1. Pengaruh kekerasan puntiran baut pengikat terhadap rasio redaman pada getaran plat tipis Vorspannung der Schraube
ohne Klebeband D[%] für Versuch Nr. 1 2 3
D [%]
mit Tesa-Klebeband D[%] für Versuch Nr. 1 2 3
D [%]
ohne
0,28
0,39
0,40
0,36
17,28
20,22
17,44
18,31
ganz lose
1,67
1,27
1,31
1,42
17,59
15,33
15,46
16,13
lose
7,09
8,64
6,24
7,32
14,34
13,33
14,48
14,05
fest
0,96
0,98
1,04
0,99
12,84
11,64
12,30
12,26
ganz fest
1,09
1,07
1,14
1,10
6,20
7,42
7,57
7,06
25
%
Dämpfungsgrad D
20
15
mit zweiseitigem Klebeband
10
ohne Klebeband
5
0 1
0
1
ohne Schraubenganz lose
2
lose
3
fest
4
ganz fest
Vorspannung der Schraube Festigkeit .
Gambar 3. Pengaruh celotip perekat dua sisi dan tegangan awal (Vorspannung der Schraube) pada perubahan rasio redaman dari dua plat yang saling direkatkan
5
Suharjono, Perekat Selotip Dua Sisi
63
Tabel2. Pengaruh kekerasan puntiran baut pengikat terhadap frekuensi pribadi pada getaran plat tipis
ohne Klebeband f0[Hz] für Versuch Nr. 1 2 3
f0 [Hz]
ohne
17,01
17,00
17,00
17,00
26,39
26,43
26,42
26,41
ganz lose
14,51
14,50
14,51
14,51
23,76
23,75
23,78
23,76
lose
14,68
14,70
14,69
14,69
24,36
24,37
24,35
23,36
fest
28,29
28,31
28,29
28,30
24,74
24,77
24,73
24,75
ganz fest
29,76
29,76
29,75
29,76
27,71
27,74
27,72
27,72
Vorspannung der Schraube
Analisis Data Dari gambar 2 dalam kasus tanpa celotip perekat dua sisi terlihat bahwa penurunan getaran secara linear, hal ini dikarenakan pengaruh gesekan coulomb yang sangat dominan dan pengaruh maksimumnya pada kondisi baut yang kendor (lose), dimana terjadi gerakan relatif yang maksimum antara plat yang stu dengan yang lainnya. Dengan celotip perekat dua sisi tersebut maka getaran plat berkurang secara eksponensial, hal ini berarti adanya pengaruh yang kuat dari redaman viskus. Redaman viskus inilah yang mendongkrak rasio redaman sampai ca. 19 %. Dan semakin besar kekuatan baut justru menurunkan rasio redaman. Hal ini disebabkan oleh berkurangnya gerakan relatif dari kedua plat tersebut. Pengaruh celotip perekat dua sisi terhadap kekakuan dinamis dapat secara langsung dilihat pada tabel 2 dengan kondisi tanpa baut (ohne Schraube), dimana frekuensi pribadi meningkat dari 17 Hz menjadi 26,41 Hz, sedangkan massa celotip yang sangat kecil dapat diabaikan. Penambahan baut menyebabkan massa bertambah besar dan akibatnya frekuensi pribadi juga sedikit menurun. Pada kondisi baut pengikat dikuatkan (fest dan ganz fest) frequensi pribadi naik sampai 75 %, yaitu dari 17 Hz menjadi 29,76 Hz.
mit Tesa-Klebeband f0[Hz] für Versuch Nr. f0 1 2 3 [Hz]
Kesimpulan Dari hasil penelitian diatas dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Gesekan antara plat hanya dapat meningkatkan rasio redaman hingga 7,32 %. 2. Untuk meningkatkan rasio redaman lebih tinggi lagi diperlukan celotip perekat dua sisi yang akan mendongkrak rasio redaman sampai 19 %. 3. Kekakuan dinamis juga naik sekitar 55% bila dua plat direkatkan hanya dengan celotip perekat dua sisi. 4. Peningkatan kekakuan dinamis maksimum dapat dicapai hingga sekitar 75% dengan menambah moment puntir dari baut pengikat. Referensi [1] Fischer, U. und Stephan, W. 1981, Schwingungen. Birkhäuser Verlag, Stuttgart. [2] Fischer, U. und Stephan, W. 1993, Mechanische Schwingungen. Fachbuchverlag, Leipzig. [3] Stephan, W. und Postl, R. 1995, Schwingungen elastischer Kontinua. B.G. Teubner, Stuttgart. [4] Suhardjono 2000, Ein variabel einsetzbarer gedämpfter Tilger zur Reduzierung von Ratterschwingungen bei Drehmaschinen. Wissenschaft & Technik Verlag, Berlin. [5] Waller, H. und Schmidt, R. 1989, Schwingungen für Ingenieure. Wissenschafts-Verlag, Mannheim.
