Getaran bebas
terjadi jika sistem berosilasi karena bekerjanya gaya yang ada dalam sistem
itu sendiri (inherent), dan jika ada gaya luas yang bekerja. Sistem yang bergetar
bebas akan bergerak pada satu atau lebih frekuensi naturalnya, yang merupakan
sifat sistem dinamika yang dibentuk oleh distribusi massa dan kekuatannya.
Semua sistem yang memiliki massa dan elastisitas dapat mengalami getaran bebas
atau getaran yang terjadi tanpa rangsangan luar.
Sistem Massa Pegas
Prinsip D’Alembert
Suatu sistem dinamik dapat diseimbangkan secara
statik dengan menambahkan gaya kayal yang dikenal dengan gaya inersia, dimana
besarnya sama dengan massa dikali percepatan dengan arah melawan melawan arah
percepatan.
Penyusunan persamaan diferensial gerak (PDG)
Jawab Persamaan Diferensial Gerak
Setiap benda dapat bergetar bebas, jika benda
tersebut mempunyai massa (m) dan kekakuan (k) dengan frekuensi
pribadi (wn)
Contoh pada sistem massa-balok
Balok ditumpu sederhana
Balok Kantilever
Balok ditumpu pegas
(sumber : Prof.Dr-Ing Mulyadi Bur. Lab
Dinamika Struktur UNAND)
Statika Pegas
Pegas apabila diberi beban akan mengalami
perpendekkan/ lendutan, berdasarkan hukum aksi-reaksi, maka beban yang
diberikan pada pegas sebanding dengan besarnya lendutan dikali dengan konstanta
pegas.
Sistem Pegas Ekivalen
Pegas disusun secara paralel
Pegas disusun secara seri
Pengertian Getaran
Getaran adalah gerakan bolak-balik dalam
suatu interval waktu tertentu. Getaran berhubungan dengan gerak osilasi benda
dan gaya yang berhubungan dengan gerak tersebut.
Semua benda yang mempunyai massa dan elastisitas mampu bergetar, jadi
kebanyakan mesin dan struktur rekayasa (engineering) mengalami getaran sampai
derajat tertentu dan rancangannya biasanya memerlukan pertimbangan sifat osilasinya.
Pentingnya Belajar Getaran Mekanik
Salah
satu tujuan belajar getaran adalah mengurangi efek negatif getaran melalui
desain mesin yang baik
Hampir
semua alat gerak mempunyai masalah getaran karena adanya ketidak seimbangan
mekanisme, contohnya :
– Mechanical failures karena
material fatigue
– Getaran dapat
mengakibatkan keausan yang lebih cepat
– Dalam proses manufaktur,
getaran dapat menyebatkan hasil akhir yang buruk
Selain
efek yang merusak, getaran dapat digunakan untuk hal hal yang berguna.
– Getaran digunakan dalam
conveyors getar, mesin cuci, sikat gigi elektrik.
– Getaran juga digunakan
dalam pile driving, vibratory testing of materials.
– Getaran digunakan untuk
menaikan efisiensi dari proses permesinan seperti casting dan forging.
Mekanisme getaran pada mobil
Pengelompokkan Getaran
Getaran Bebas dan Paksa
Getaran Teredam dan tak teredam
Getaran Deterministic dan Random
1. Getaran Bebas Dan Getaran Paksa
Getaran Bebas
Getaran bebas
terjadi jika sistem berosilasi karena bekerjanya gaya yang ada dalam sistem itu
sendiri (inherent), dan jika ada gaya luas yang bekerja. Sistem yang bergetar
bebas akan bergerak pada satu atau lebih frekuensi naturalnya, yang merupakan
sifat sistem dinamika yang dibentuk oleh distribusi massa dan kekuatannya.
Semua sistem yang memiliki massa dan elastisitas dapat mengalami getaran bebas
atau getaran yang terjadi tanpa rangsangan luar.
Getaran Paksa
Getaran paksa adalah
getaran yang terjadi karena rangsangan gaya luar, jika rangsangan tersebut
berosilasi maka sistem dipaksa untuk bergetar pada frekuensi rangsangan. Jika
frekuensi rangsangan sama dengan salah satu frekuensi natural sistem, maka akan
didapat keadaan resonansi dan osilasi besar yang berbahaya mungkin terjadi.
Kerusakan pada struktur besar seperti jembatan, gedung ataupun sayap pesawat
terbang, merupakan kejadian menakutkan yang disebabkan oleh resonansi. Jadi
perhitungan frekuensi natural merupakan hal yang utama.
2. Getaran Teredam dan Tak Teredam
Damping
Dalam system dynamic bekerja dissipative
forces – friction, structural resistances
Umumnya, damping dalam structural systems
adalah kecil dan mempunyai efek yang kecil terhadap natural frekuensi
Tetapi, damping mempunyai pengaruh yang
besar dalam mengurangi resonant pada structural system
3. Getaran Deterministic dan Random
Getaran Deterministic
Sinyal disebut deterministic, selama harga dari
sinyal dapat diprediksi.
Getaran deterministic
Getaran Random
– Tidak memiliki sinyal yang periodik maupun
harmonik
– Harga dari getaran random tidak dapat di prediksi
– Tetapi getaran random bisa di gambarkan secara
statistik
Ketika suatu poros di beri putaran, maka akan selalu
terjadi fenomena whirling. Whirling adalah keadaan dimana poros
berputar akan mengalami defleksi yang besar akibat dari gaya sentrifugal yang
di hasilkan oleh eksentrisitas massa poros. Fenomena whirling ini terlihat
sebagai poros berputar pada sumbunnya, dan pada saat yang sama poros yang
berdefleksi juga berputar relative mengelilingi sumbu poros.
Hal ini akan selalu terjadi, bahkan pada system
sudah seimbang. Pada sistem yang seimbang, hal ini dapat di sebabkan oleh
defleksi terjadi sampai keadaan seimbang yang berkaitan dengan kekakuan poros
tercapai. Poros yang melewati putaran kritis lalu akan mencapai keadaan
seimbang.
Kondisi yang dapat di terapkan untuk percobaan :
1) Jika
pembebanan pada poros tersebut berada di tengah poros :
2) Jika
pembebanan pada poros tersebut tidak tepat di tengah poros :
Referensi :