PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP FREKUENSI PRIBADI DAN RASIO REDAMAN KOMPOSIT HIBRYD SERAT KARBON DAN SERAT GELAS

Transkripsi

1 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. I JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015

2 PENGARUH PERLAKUAN PANAS TERHADAP FREKUENSI PRIBADI DAN RASIO REDAMAN KOMPOSIT HIBRYD SERAT KARBON DAN SERAT GELAS Disusun oleh Yon Afif Hidayat NIM. I Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Didik Djoko Susilo, S.T., M.T. Ir. Wijang Wisnu Raharjo,M.T. NIP NIP Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Selasa tanggal 7 Juli Dr. Budi Santoso S.T., M.T. NIP Dr. Triyono, S.T., M.T. NIP Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T. Nurul Muhayat, S.T., M.T. NIP NIP iii

3 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 yonafif.hidayat@gmail.com 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 o C, 200 o C, dan 280 o C) 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 o C) nilai frekuensi pribadi meningkat dan rasio redaman menurun, akibat terjadi peningkatan kekakuan komposit. Pada suhu tinggi (di atas 100 o C) 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

4 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 yonafif.hidayat@gmail.com 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 o C, 200 o C, and 280 o C) 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 o C) the natural frequency value increase and the damping ratio decrease causes an improvement of composite stiffness. In high temperatures (higher than 100 o C) 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

5 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

6 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. I vii

7 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 Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 4 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka Kajian Teori Komposit Komposit Hybrid Polimer Poliester Katalis Transisi Gelas Ikatan Silang Kajian Teori Getaran Rasio Redaman Frekuensi Natural Menentukan Rasio Redaman Experimental Modal Analysis Frequency Respons Function BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat Penelitian Diagram Alir Penelitian Bahan Penelitian Alat Penelitian Langkah Kerja Penelitian Tahap Pembuatan Komposit Hybrid Tahap Pembuatan Spesimen Uji Getaran Tahap Pengujian Getaran Tahap Pengujian Bending Tahap Analisa Data BAB IV DATA DAN ANALISA 4.1 Pengaruh Perlakuan Panas Terhadap Frekuensi Pribadi dan Rasio Redaman Komposit Hybrid viii

8 4.2 Pengaruh Konfigurasi Posisi Pengujian Terhadap Frekuensi Pribadi dan Rasio Redaman Komposit Hybrid BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN ix

9 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Sifat-sifat serat gelas... 9 Tabel 2.2 Sifat-sifat serat E-Glass Tabel 2.3 Sifat-sifat serat karbon berbasis Polyacrylomitrie Tabel 2.4 Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin Yucalac 157 BQTN- EX Tabel 2.5 Nilai numerik (β n l) 2 untuk keadaan ujung tertentu x

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Klasifikasi struktur komposit... 7 Gambar 2.2 Ilustrasi komposit berdasarkan strukturnya... 8 Gambar 2.3 Transisi gelas Gambar 2.4 Ikatan pada polimer Gambar 2.5 Respon displacment dari sistem getaran yang bergetar bebas. 16 Gambar 2.6 Half power bandwidth Gambar 3.1 Diagram alir penelitian Gambar 3.2 Timbangan digital Gambar 3.3 Oven Gambar 3.4 impact hammer Gambar 3.5 Piezoelectrik accelerometer sensor Gambar 3.6 Power unit Gambar 3.7 Digital storage oscilloscope Gambar 3.8 Cetakan komposit Gambar 3.9 Spesimen uji Gambar 3.10 Skema konfigurasi pemasangan struktur Gambar 3.11 Rangkaian alat uji getaran Gambar 3.12 Universal Testing Machine Gambar 3.13 Skema pengujian Three Point Bending Gambar 4.1 Grafik hubungan antara suhu perlakuan panas terhadap frekuensi pribadi komposit hybrid Gambar 4.2 Modulus elastisitas bending komposit hybrid Gambar 4.3 Grafik TGA resin dan komposit Gambar 4.4 Perubahan warna pada komposit akibat proses pemanasan Gambar 4.5 Grafik hubungan antara suhu perlakuan panas terhadap rasio redaman komposit hybrid xi

11 DAFTAR RUMUS Rumus 2.1 Persamaan Rasio Redaman Rumus 2.2 Persamaan Frekuensi Natural Rumus 2.3 Persamaan Frekuensi Natural Kantilever Rumus 2.4 Persamaan Umum Getaran Teredam Rumus 2.5 Persamaan Dasar Pengurangan Logaritmik Rumus 2.6 Persamaan Pengurangan Logaritmik Rumus 2.7 Persamaan Subtitusi Pengurangan Logaritmik Rumus 2.8 Persamaan Pendekatan Pengurangan Logaritmik Rumus 2.9 Persamaan rasio redaman Rumus 2.10 Persamaan Hubungan Sinyal Input dan Output xii