BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Material dan Laboratorium Getaran Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta. 3.2 Diagram Alir Penelitian dan Pembuatan (Flow Chart) Adapun urutan langkah proses penelitian ini akan digambarkan dalam diagram alir sebagai berikut: Mulai Penyiapan anyaman serat karbon dan serat gelas dengan dimensi 300x100x3mm dan matrik (UPRS BQTN 157 EX) Pembuatan spesimen uji komposit hybrid, Vf serat = 0.4 Variasi I (penambahan jumlah lapisan serat karbon) Tanpa serat karbon, 2 serat karbon, 4 serat karbon, 6 serat karbon Variasi II (posisi lapisan serat karbon) Lapis 1 dan 8, lapis 2 dan 7, lapis 3 dan 6, lapis 4 dan 5 Pengujian getaran dengan metode modal analysis dengan kondisi tumpuan kantilever Analisa data sinyal getaran (FRF) Kesimpulan Selesai Gambar 3.1 Diagram alir penelitian 17
18 3.3 Bahan Penelitian Bahan yang digunakan dalam penelitian ini diperoleh dari PT Justus Kimiaraya, meliputi: 1. Anyaman serat karbon dan serat gelas. 2. Resin Unsaturated polyester BQTN 157. 3. Katalis Metyl Etyl Keton Peroksida (MEKPO) 4. Wax 3.4 Alat Penelitian Pada penelitian ini alat yang digunakan antara lain: 1. Alat pembuat spesimen uji: a. Timbangan digital Gambar 3.2 Timbangan Digital 2. Alat pengujian getaran: a. Impact hammer Palu ini digunakan sebagai sumber eksitasi (shock excitation). Pada kepala palu tersebut terdapat load cell yang digunakan untuk mengukur besarnya gaya pemukulan. Spesifikasi: Model Number : 086C04 Sensitivity (± 15%) : 5 mv/lbf Output Bias Voltage : 8 to 14 VDC Output Impedance : <100 ohm Excitation Voltage : 20 to 30 VDC Constant Current Excitation : 2 to 20 ma Extender Mass Weight : 2.6 oz
18
19 Gambar 3.3 Impact Hammer b. Accelerometer sensor Sensor ini berfungsi untuk mengubah sinyal getaran menjadi tegangan listrik. Sensor ini dipasangkan pada komposit arah vertikal dan horizontal, nantinya tegangan listrik akan diolah oleh DSA. Spesifikasi: Model Number : 352C33 Size (Hex x Height) : 0.44 in x 0.62 in Weight : 0.20 oz Sensitivity (± 10%) : 100 mv/g Broadband Resolution (1 to 10,000 Hz) : 0.00015 g rms Overload Limit (Shock) : ± 5000 g pk Temperature Range (Operating) : -65 to 200 F Gambar 3.4 Accelerometer c. Digital Signal Analyser DSA dioperasikan dengan perangkat lunaknya, alat ini berfungsi untuk menampilkan sinyal getaran yang dihasilkan. Tipe yang digunakan adalah DEWESoft 7 DSA, 4 chanel.
20 Gambar 3.5 Digital Signal Analyzer d. Komputer Komputer berfungsi untuk menyimpan data sinyal dari DSA, dengan menggunakan port USB. Selain itu komputer juga sudah dilengkapi dengan software untuk menampilkan sinyal getaran dan sinyal yang diterima oleh DSA. Aplikasi ini juga sudah mendukung perhitungan untuk FRF sinyal getaran dari DSA. 3.5 Langkah Kerja Penelitian 3.5.1 Tahap Pembuatan Komposit Hybrid Komposit dengan unsur penyusun serat karbon, serat gelas dan matrik Polyester BQTN 157 masing-masing dipersiapkan dalam bentuk spesimen. Ukuran cetakan yang dipakai adalah 340 x 140 x 3 mm. Cetakan komposit untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut ini: Gambar 3.6 Cetakan komposit Bagian atas dari cetakan kemudian ditutup dengan astralon dan diolesi dengan wax, bertujuan untuk memudahkan pelepasan komposit dari cetakannya. Katalis ditambahkan sebagai hardener dengan komposisi 1% dari volume resin.
21 Proses pencetakannya berurutan dengan memasukkan resin terlebih dahulu ke dalam cetakan, kemudian dilanjutkan dengan serat dan dilapisi lagi dengan resin hingga semua serat dan resin masuk kedalam cetakan. Proses selanjutnya adalah proses pengrepresan dengan tujuan untuk mendapatkan ketebalan sesuai dengan yang di inginkan serta meratakan resin dan juga mengeluarkan void pada komposit. Komposit di diamkan selama kurang lebih 24 jam. Komposit kemudian dilepas dari cetakan dan dipotong sesuai dengan ketentuan spesimen uji dinamis ASTM E 756-98. 3.5.2 Tahap Pembuatan Spesimen Uji Getaran Tahap selanjutnya yaitu pemotongan komposit hybrid menjadi spesimen uji getaran sesuai dengan ketentuan ASTM E 756-98. Gambar 3.7 Spesimen uji getaran satuan : mm
22 3.5.3 Tahap Pengujian Getaran Gambar 3.8 Skema pengujian Pengujian berdasar ASTM E756-98. Pengujian dilakukan dengan menjepit salah satu ujung dari sempel uji, kemudian memasang accelerometer pada ujung yang satunya. Impact hammer dan sensor accelerometer dihubungkan dengan DSA dan komputer/ laptop. Getaran dibangkitkan pada material uji dengan memberikan gaya paksa yang dipicu menggunakan impact hammer. Sampel uji ketika mulai bergetar, accelerometer mulai memberi sinyal dan dilanjutkan ke DSA kemudian akan ditampilkan pada monitor komputer. 3.5.4 Tahap Pengujian Bending Untuk mengetahui kekakuan bending secara eksperimen perlu dilakukan uji bending dengan menggunakan Three Point Bending menggunakan Universal Testing Machine menurut standar ASTM D790-10. Alat uji Three Point Bending lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut ini:
23 Gambar 3.9 Universal Testing Machine Skema pengujian Three Point Bending dapat dilihat pada gambar berikut ini: Gambar 3.10 Skema pengujian Three Point Bending (ASTM D790-10) Tegangan maksimum dan modulus elastisitas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut ini (ASTM D790-10): σ = 3PL/2bd 2... (3.1) E B = L 3 m/4bd 3... (3.2) Dengan: σ = Tegangan bending (MPa) E B = Modulus elastisitas (MPa) P = Beban yang diberikan (N) L = Panjang spesimen (mm) b = Lebar spesimen (mm) d = Tinggi spesimen (mm) m = Slope of the tangent (N/mm)
24 3.5.5 Tahap Analisis Data Hasil Pengujian Data pengujian yang didapat dari pengujian getaran diatas berupa grafik FRF untuk menentukan frekuensi natural dan rasio redaman. Apakah pengaruh yang diperoleh dari variasi jumlah lapisan serat karbon dan posisi lapisan serat karbon terhadap frekuensi natural dan rasio redaman pada komposit hybrid tersebut.