Mengenal Modal Analysis
Getaran adalah satu diantara fenomena menarik yang terjadi pada berbagai macam struktur benda benda teknik, semisal struktur pada : pesawat terbang, roket, satelit, mobil, sepeda motor, maupun jembatan. Fenomena getaran seringkali berhubungan dengan kemampuan struktur benda teknik dalam menerima beban dinamika akibat adanya getaran yang timbul. Sebagai sumber getar bisa berasal dari mesin propulsi, angin, maupun gempa bumi. Disamping itu getaran juga berhubungan dengan rasa nyaman ketika seseorang naik kendaraan pesawat terbang, maupun kendaraan bermotor semisal mobil atau pun sepeda motor. Oleh sebab itu untuk memenuhi kekuatan struktur maupun rasa nyaman dan aman bagi pengendara ketika naik kendaraan, maka insinyur struktur akan berusaha keras untuk mempertimbangkan fenomena getaran di dalam rancang bangun konstruksi benda benda teknik dimaksud.
Dalam rancang bangun struktur benda teknik diusahakan agar benda teknik tidak bekerja pada getaran yang mengakibatkan terjadinya kerusakan struktur atau pun gangguan keamanan dan kenyamanan pengguna benda benda teknik tersebut. Pertimbangan ini bisa dilakukan melalui perhitungan maupun pengukuran getaran dan respon benda teknik terhadap gangguan sumber getar. Dalam skala laboratorium, eksperimen bisa dilakukan menggunakan pengukuran respon benda uji terhadap gangguan dari sumber getar.
Gangguan ini berasal dari pemberian gaya sekecil mungkin pada benda uji, sehingga frekwensi getaran yang timbul pun sebagai akibat dari adanya gangguan gaya yang sangat kecil tersebut. Analisis hasil eksperimen ini dikenal sebagai Analisa modal (Modal analysis), dengan kata lain bahwa Modal analysis (Analisis modal) adalah pelaksanaan analisis terhadap fenomena sistem dinamika dalam domain frekuensi. Misalnya analisis modal hasil pengukuran getaran benda uji karena dipasang shaker penggetar. Benda uji ini bisa berupa benda benda struktur, semisal struktur pesawat terbang, struktur mobil, struktur kapal, dan benda benda non struktur semisal kaca jendela mobil, dan kursi penumpang. Sumber getar bisa berasal dari getaran mekanik maupun getaran akibat bising suara.
[iklan]
Dalam eksperiman sistem analisis modal memerlukan peralatan berupa :
- Sensor seperti transduser akselerometer, maupun load cell atau non kontak melalui vibrometer Laser, atau kamera stereophotogrammetrik
- Sistem akuisisi data dan front end konverter analog-ke-digital ( untuk mendigitalkan sinyal instrumentasi analog) dan
- Komputer/Laptop sebagai layar monitor data, maupun untuk analisa.
Pelaksanaan Modal analysis dilakukan melalui pendekatan Single Input dan Multi-output yaitu satu titik eksitasi, kemudian respons dari eksitasi tersebut diukur di banyak titik. Bisa juga Multi input dan Single Out put yaitu eksitasi di banyak titik, sedangkan responnya diukur di satu titik. Sebagai sumber eksitasi bisa berasal dari ketukan palu pada benda uji. Dalam perkembangan modern sumber eksitasi berasal dari shaker sebagai sumber getar. Bahkan tidak lagi hanya satu shaker, tetapi sudah multi shaker, tergantung kebutuhan pada saat melakukan eksperimen, yaitu kebutuhan untuk mengetahui respon benda uji terhadap getaran multi sumber, baik benda benda struktur maupun non-struktur.
Adapun tipe sinyal eksitasi dapat digolongkan sebagai impulse, broadband, swept sine, chirp, atau yang lainnya, dan biasanya bergantung pada analisis Fourie ( Fast Fourier transform / FFT). Hasil analisa Fungsi transfer ini berupa resonansi, karakteristik getaran dan massa, sehingga melalui pengukuran dapat diperkiran frekuensi yang terjadi dan redaman yang diperlukan. Hasil analisa tersebut dapat ditampilkan dalam aplikasi perangkat lunak yang telah tersedia di banyak produk.
Tampilan aplikasi perangkat lunak ini berbentuk mode, berguna bagi peneliti maupun perekayasa di bidang struktur pesawat terbang, roket, maupun satelit terutama untuk mengetahui respon struktur terhadap getaran yang ditimbulkan oleh mesin propulsi, hembusan angin maupun akibat suara bising. Penyelesaian perhitungan terhadap hasil analisis bisa dibantu menggunakan analisa metode elemen hingga (Finete Element Method / FEM).
Bagi kepentingan struktur, untuk menemukan berbagai periode resonansi secara alami, analisis modal menggunakan massa total dan kekakuan struktur. Periode getaran secara alami ini akan mengakibatkan struktur bergetar beresonansi terus menerus sehingga menyebabkan terjadinya kerusakan struktur. Fenomena ini dapat dipahami dari fenomena getaran yang disebabkan oleh gangguan akibat adanya input gaya yang sangat kecil, tetapi menghasilkan resonansi yang besar. Frekwensi resonansinya dikenal sebagai frekwensi alami yang akan membangkitkan mode alami. Oleh karena itu analis terhadap timbulnya mode alami pada setiap rancang bangun struktur, dipandang sangat penting, karena bisa menentukan langkah langkah untuk menghindari kerusakan struktur sebagai akibat dari timbulnya mode alami. Sebagai pendekatan, frekwensi alami dapat dihitung menggunakan persamaan getaran massa-pegas untuk getaran bebas satu derajat kebebasan. Misalnya struktur dimodelkan sebagai elemen bergetar yang mempunyai massa, kekakuan, dan frekwensi alami. Hubungan masing-masing parameter dapat digunakan memprediksi besarnya faktor redaman yang diperlukan, jika terjadi getaran yang berlebihan, atau sebaliknya dapat juga digunakan untuk menghitung frekwensi alami yang akan terjadi, jika factor redamannnya sudah ditentukan. Semua kegiatan ini memerlukan modal analysis sebagai sarana untuk mengambil keputusan, bagaimana insinyur rancang bangun struktur berusaha mendapatkan struktur yang baik: kuat, ringan, aman dan nyaman bagi pengguna.
(Artikel ini disarikan dari berbagai sumber/ AB)