= 213,75 ms = 238,31 ms
= 253 ms = 270,15 ms
= 281 ms Dalam menganalisa sifat akustik ini sendiri, dipakai beberapa asumsi dan
pendekatan. Beberapa asumsi dan pendekatan yang dilakukan antara lain dalam hal pendefinisian sifat elemen element property, serta pembebanan pada model.
3.3.1. Flow Chart
Untuk memudahkan permodelan serta mencari kesalahan dalam eksekusi, maka dibuatlah flow chart dari permodelan untuk dilakukannya simulasi.
Permodelan ini dimulai dari mendefinisikan sifat material, menentukan nilai properties membuat model 2 dimensi yang dijadikan 3 dimensi, setelah itu
membuat fungsi analisa dinamik, kemudian memberikan beban, menentukan interval, menentukan kondisi batas, lalu menganalisa model dengan simulasi.
flow chart diperlihatkan pada gambar 3.14.
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Menentukan Kondisi
batas
Berhasil
Cetak Menganalisa
Model
Selesai Menentukan
Interval Tidak
A B
Gambar 3.11 Diagram alir permodelan
Universitas Sumatera Utara
3.3.2. Prosedur Permodelan
Dalam menganalisa sifat akustik dari material komposit dari serbuk batang kelapa sawit ini digunakan perangkat lunak MSC NASTRAN for Windows
Versi 4.5. Perangkat ini berbasiskan pada GUI Graphical User Interface dan metode elemen hingga FEMFinite Element Method yang dapat memungkinkan
analisa keteknikan secara cepat dan tepat. Dalam tugas skripsi ini, material komposit dari serbuk batang kelapa sawit
dianalisa menggunakan pendekatan dinamis yang mana penampang uji membujur batang. Pendekatan denamis yang dilakukan adalah dengan menggunakan beban
merata berupa tekanan bunyi. Constraint ditempakan pada bagian lain dari penampang uji. Hal ini dilakukan dengan asumsi material komposit dari serbuk
batang kelapa sawit bersifat kontinu, homogeny, dan isotropic dan disesuaikan dengan penempatan benda uji pada tabung impedansi.
MSCNASTRAN menggunakan beberapa langkah dalam membuat model elemen hingga, yaitu: menentukan material dan propertis elemen, membuat atau
mengimpor geometri, membuat jaring mesh geometri ke dalam node dan elemen, mengaplikasikan beban, membuat kondisi batas, dan menganalisa model.
3.3.3. Pemodelan Simulasi
Langkah – langkah pemodelan simulasi mulai dari pembuatan model fisik simulasi, memberikan tekanan yang mengasumsikan frekuensi, kemudian
memberikan kondisi batas dijelaskan sebagai berikut :
3.3.3.a. Mendefinisikan Sifat Material
Untuk mengimputkan nilai – nilai propertis bahan pada FEMAP, langkah yang harus dilakukan adalah dari menu utama FEMAP pilih perintah Model-
Material …. Perintah ini akan menampilkan kotak Define Isotropic Material yang
diperlihatkan pada gambar 3.15. Pada kotak inilah diisikan nilai modulus elastisitas dan massa jenis.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.12 Memasukkan nilai properties bahan
3.3.3.b. Medefinisikan Sifat Elemen
Untuk membuat model perlu dilakukan penentuan sifat-sifat elemen agar terbentuk model yang diinginkan. Langkah yang dilakukan adalah memilih
perintah Model-Property… dari menu utama. Dengan perintah ini maka muncul kotak dialog Define Property-PLATE seperti pada gambar 3.16.a. untuk
menentukan properti elemen dipilihlah ElemProperty Type pada kotak Define Property-PLATE seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.16.b.
Untuk mendapatkan geometri dan elemen berbentuk 3 dimensi maka diperlukan tiga jenis property. Property yang pertama adalah bertipe Line-Plot
yang berfungsi untuk membuat elemen garis, property pertama ditunjukkan pada
gambar 3.16.c. Properti yang kedua adalah bertipe Plane Elemen-Plate seperti
pada gambar 3.16.a, property ini berguna untuk membuat elemen menjadi plat. Property ketiga adalah Volume Elemens-Solid seperti pada gambar 3.16.d,
property ini berguna untuk membuat model menjadi 3 dimensi.
Universitas Sumatera Utara
a
b
Universitas Sumatera Utara
c
d
Universitas Sumatera Utara
e
f Gambar 3.13. a. Kotak dialog Define Property-Plot Only Element Type;
b.Kotak dialog ElemProperty Type; c.Kotak dialog Define Property-Plate Element Type; d.Kotak dialog ElemProperty Type; e Kotak dialog Define
Property-Solid Element Type; d.Kotak dialog ElemProperty Type
Universitas Sumatera Utara
3.3.3.c. Pembuatan Model
Untuk membuat model menjadi 3 dimensi diperlukan langkah – langkah: 1.
Membuat geometri melalui menu Geometry-Curve Line-Project Points. Perintah ini akan diikuti dengan kotak dialog koordinat dari garis yang
akan dibuat, seperti pada gambar 3.17.a. Dengan menggunakan persamaan 2.33 pada bab sebelumnya dapat ditentukan diameter dari model uji adalah
sebesar 8,9 cm, dimana frekuensi pengujian tertinggi sebesar 2000 Hz, sehingga pada kotak dialog untuk menentukan koordinat kedua diisikan
r=0,0445 seperti pada gambar 3.17.b.
a
b Gambar 3.14. a. Menentukan titik awal; b Menentukan titik radius.
2. Membuat elemen pada kurva garis yang telah terbentuk melalui perintah
menu Mesh Control – Size Along Curve…., yang memunculkan kotak dialog Select Curves to Set Mesh Size yang diisi dengan memilih kurva
garis yang telah dibuat sebelumnya, seperti terlihat pada gambar 3.18.a. Setelah kurva dipilh maka muncullah kotak dialog Mesh Size Along Curve
seperti pada gambar 3.18.b. Kotak ini berfungsi untuk membagi kurva garis sebelumnya menjadi beberapa elemen sesuai yang diinginkan, dalam
hal ini akan dibagi menjadi empat elemen dengan cara memasukkan angka empat pada kotak Mesh Size – Number of Elemens.
Universitas Sumatera Utara
a
b Gambar 3.15. a. Menentukan Kurva yang akan dibagi menjadi beberapa elemen;
b. Menentukan Berapa elemen yang akan membagi kurva 3.
Untuk membuat jarring mesh pada kurva yang tadi telah dibuat
dilakukan dengan cara memilih perintah Mesh – Geometry – Curve…. yang memunculkan kotak dialog Select Curves to Mesh seperti terlihat
pada gambar 3.19.a dan dipilihlah kurva yang telah dibagi menjadi 4 elemen tadi. Setelah memilih kurva tadi maka muncullah kotak dialog
Geometry Mesh Option yang berguna untuk memilih property plot yang telah dibuat sebelumnya seperti pada gambar 3.19.b. Setelah menekan
tombol OK maka kurva garis tersebut sekarang sudah menjadi elemen – elemen.
Universitas Sumatera Utara
a
b Gambar 3.16. a Menentukan kurva yang akan dimesh; b Membuat kurva
menjadi elemen. 4.
Membuat model menjadi lingkaran dengan cara memilih Mesh – Revolve – Elemen pada menu utama yang memunculkan kotak dialog Select
Elements to Revolve seperti pada gambar 3.20.a. Kotak ini berguna untuk memilih elemen yang akan dijadikan lingkaran dan pada kotak ini dipilih
Select All karena semua elemen yang telah terbentuk akan dijadikan lingkaran. Setelah menekan tombol OK, maka muncullah kotak dialog
Generation Option seperti pada gambar 3.20.b. Pada kotak ini dipilihlah property plat dan memasukkan jumlah elemen serta mencontreng tanda
pada kotak Delete Original Elements. Kemudian dengan mengklik OK,
maka muncul kotak dialog Select Axis of Rotation seperti gambar 3.20.c
Universitas Sumatera Utara
yang berfungsi sebagai penentu titik putaran yang diisikan satu pada sumbu Z. Setelah menentukan titik putaran, maka keluarlah kotak dialog
Total Revolution and Extrusion seperti pada gambar 3.21.a yang diisikan sebesar 360°. Gambar model setelah direvolve terlihat seperti gambar
3.21.b.
a
b
Universitas Sumatera Utara
c Gambar 3.17. a. Menentukan kurva yang akan direvolve; b. Memilih property
material; c. Menentukan titik putaran
a b
Gambar 3.18.; a. Menentukan besar putaran; b. Model 2 dimensi 5.
Membuat model menjadi 3 dimensi digunakan perintah Mesh-Extrude- Element dari menu utama yang menampilkan kotak dialog Select
Elements to Etrude seperti pada gambar 3.22.a. pada kotak ini dipilih semua elemen yang akan di extrude dengan mengklik Select All. Setelah
nenekan OK, maka muncullah kotak dialog Generation Option seperti
gambar 3.22.b yang berfungsi menentukan properti yang akan diberikan.
Kemudian berilah tanda contreng pada kotak Delete Original Element lalu
tekan OK. Setelah menekan OK, maka muncullah Select Vector to Extrude
Universitas Sumatera Utara
Along seperti pada gambar 3.22.c, dengan mengisikan sumbu Z sebesar 0,02 dan mengklik OK, maka terbentuklah model 3 dimensi seperti pada
gambar 3.22.d.
a
Universitas Sumatera Utara
b
c
Universitas Sumatera Utara
d Gambar 3.19. a Menentukan elemen yang akan di extrude; b. Menentukan
property; c. Menentukan letak titik; d. Model 3 Dimensi
3.3.3.d. Membuat Fungsi Analisa Dinamik
Pada simulasi ini, analisa yang dilakukan adalah analisa beban yang diaplikasikan sebagai fungsi waktu dan frekuensi. Aplikasi ini menyebabkan
respon terhadap tegangan, regangan, perpindahan, kecepatan, percepatan, dan gaya yang bervariasi tergantung dari waktu serta frekuensi.
Mendefinisikan fungsi gelombang tekanan suara dapat dilakukan perintah Model -Function… yang memunculkan kotak dialog Function Definition seperti
pada gambar 3.23. dalam kotak ini disediakan beberapa pilihan tipe fungsi yang mana pengguna dapat mengisi sesuai dengan fungsi yang diperlukan.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.20. Kotak dialog function Untuk frrekuensi 125 Hz fungsi gelombang yang datang digunakan
persamaan 2.14 seperti pada gambar 3.24.a yang dimasukan pada kotak dialog Equation, untuk gelombang yang ditransmisikan, dimasukkan persamaan 2.15
pada kotak dialog Equation seperti gambar 3.24.b., sedangkan untuk gelombang
yang dipantulkan, dimasukkan poersamaan 2 -16 pada kotak yang sama seperti gambar 3.24.c. Pembuatan fungsi ini kemudian diulangi untuk setiap frekuensi
yang berbeda.
Universitas Sumatera Utara
a
b
Universitas Sumatera Utara
c Gambar 3.21; a Fungsi frekuensi 250 Hz gelombang datang; b. Fungsi
frekuensi 250 gelombang ditransmisikan; c Fungsi frekuensi 250 gelombang dipantulkan.
3.3.3.e. Memberikan pembebanan
Beban load yang diberikan adalah gelombang tekanan suara sebesar 2 x 10
-3
Nm
2
yang merupakan tekanan bunyi pada percakapan rata -rata yang dapat dideteksi telinga manusia yang diberikan secara periodik berdasarkan fungsi
gelombang tekanan suara. Langkah – langkah pembebanan pada
MSCNASTRAN adalah : 1.
Memberikan beban pada model yaitu melalui menu Model-Load-Elemental yang menampilkan kotak dialog Create or Active Load Set yang
mengharuskan pengguna untuk menentukan ID dan judul pembebanan seperti pada gambar 3.25.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.22 Kotak dialog Crate or Active Load Set 2.
Memilih elemen yang akan diberi beban, yang berasal dari Kotak dialog Create or Active Load Set yang diklik OK yang memunculkan kotak Enter
Elements to Select seperti pada gambar 3.26.a, karena pembebanan akan diberi pada seluruh permukaan model maka dipilihlah Select All yang diikut i
dengan mengklik OK serta memunculkan kotak Create Loads on Elements seperti pada gambar 3.26.b, dengan memasukkan nilai tekanan yang diberikan
sebesar 2 x 10
-3
dan memilih fungsi yang akan dipilih serta menekan OK, maka muncullah kotak dialog Face Selection for Elemental Loads yang diisi
angka 1 pada kotak face karena angka 1 menyatakan permukaan depan, seperti pada gambar 3.26.c. hasil model yang telah diberi beban diperlihatkan pada
gambar 3.26.d
a
Universitas Sumatera Utara
b
c
Universitas Sumatera Utara
d Gambar 3.23. a. Menentukan elemen yang akan diberi beban; b. Memasukkan
nilai Tekanan; c. Kotak dialog menentukan permukaan yang akan diberi beban; d. Model diberi tekanan
3. Mendefinisikan jenis pembebanan dinamis yang diberikan melalui menu
Model-Load-Dinamic Analysis yang memunculkan kotak dialog Load Set
Option for Dynamic Analysis seperti pada gambar 3.27. pada kotak ini dipilihlah Direct Transient dan memasukkan nilai pada Number of Step
sebanyak 29, Time per Step sebesar 8.98e-530, dan Output Interval sebanyak 1.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.24 Kotak dialog menentukan analisa dinamik
3.3.3.f. Menentukan kondisi batas
Langkah-langkah dalam menentukan kondisi batas adalah: 1.
Membuat nama dari kondisi batas dengan cara memilih Model-Constraint-Set yang akan menimbulkan kotak dialog Create or Active Constraint Set seperti
terlihat pada gambar 3.28. pada kotak ini pengguna ID diisi dengan angka 1 dan Title diisi dengan Fixed.
2. Untuk memilih dimana kondisi batas dilakukan dengan cara memilih menu
Model–Constraint–Nodal yang memunculkan kotak dialog Entry Selection Nodes to Select seperti yang digambarkan pada gambar 3.29.a. Pada kotak
ini dipilihlah seluruh permukaan belakang dari model. Setelah memilih dimana akan diletakkan kondisi batas selanjtunya muncul kotak dialog Create
Nodal ConstraintsDOF seperti terlihat pada gambar 3.29.b dan dipilhlah Fixed agar semua permukaan belakang tidak bergerak. Model yang telah
diberikan kondisi batas diperlihatkan pada gambar 3.29.c.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.25 Menetapkan nama kondisi batas
a
b
Universitas Sumatera Utara
c Gambar 3.26. a. Pemilihan tempat constrain; b. Membuat kondisi batas;
c. Model yang diberi kondisi batas
3.3.3.g. Analisa
Untuk melakukan analisa atau langkah terakhir dari simulasi, langkah – langkah yang dilakukan adalah:
1. Pada menu utama dipilih File – Export – Analysis Model yang menampilkan
kotak dialog Export to seperti diperlihatkan pada gambar 3.30 dan dipilihlah 3.Transient DynamicTime History.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.27 Memilih analisa
2. Menjalankan analisa dengan cara setelah mengklik OK pada kotak Export to
dan menyimpan pekerjaan maka dipilihlah Output Type dengan memilih Displacement and Sterss serta mencontreng Run Analysis seperti pada gambar
3.31.
Gambar 3.28 Menjalankan analisa
Universitas Sumatera Utara
BAB IV HASIL SIMULASI DAN ANALISA
4.1. HASIL SIMULASI
Hasil simulasi dengan menggunakan MSC NASTRAN pada frekuensi 250 Hz hingga 2000 Hz diperlihatkan pada gambar 4.1 hingga 4.18. Tegangan-
tegangan yang terjadi pada permukaan pada setiap frekuensi ada yang dipantulkan dan hasil perhitungan oleh nastran pada tiap frekuensi perlihatkan pada tabel 4.1
hingga 4.3, serta diperlihatkan melalui grafik yang diperlihatkan pada gambar 4.19 sampai 4.36.
Tabel 4.1 Spektrum Tekanan Bunyi pada Material Komposit batang kelapa sawit dengan Polyurethane 1 banding 1 Hasil Perhitungan Numerik
Waktu Spektrum Tekanan Bunyi Pa
250 Hz 500 Hz
750 Hz 1000 Hz
1500 Hz 2000 Hz
0. -0.44518
-0.79727 -0.98263
-0.9625 -0.36471
0.52221 0.0000029933 -0.44097
-0.79156 -0.97991
-0.96743 -0.39083
0.48977 0.0000059867 -0.43674
-0.78578 -0.977
-0.97202 -0.41664
0.45664 0.00000898
-0.43251 -0.77992
-0.9739 -0.97627
-0.44211 0.42286
0.000011973 -0.42826
-0.774 -0.9706
-0.98017 -0.46724
0.38848 0.000014967
-0.42401 -0.76802
-0.96711 -0.98372
-0.49199 0.35355
0.00001796 -0.41975
-0.76196 -0.96343
-0.98693 -0.51635
0.31812 0.000020953
-0.41548 -0.75584
-0.95955 -0.98978
-0.5403 0.28225
0.000023947 -0.41119
-0.74965 -0.95548
-0.99229 -0.56383
0.24597 0.00002694
-0.4069 -0.74339
-0.95123 -0.99445
-0.5869 0.20934
0.000029933 -0.4026
-0.73707 -0.94678
-0.99625 -0.6095
0.17242 0.000032927
-0.3983 -0.73068
-0.94215 -0.9977
-0.63162 0.13526
0.00003592 -0.39398
-0.72423 -0.93732
-0.9988 -0.65324
0.0979 0.000038913
-0.38965 -0.71771
-0.93232 -0.99954
-0.67434 0.060405
0.000041907 -0.38532
-0.71113 -0.92712
-0.99993 -0.6949
0.022824 0.0000449
-0.38097 -0.70449
-0.92174 -0.99997
-0.71491 -0.014788
0.000047893 -0.37662
-0.69778 -0.91618
-0.99966 -0.73435
-0.05238 0.000050887
-0.37226 -0.69101
-0.91044 -0.99899
-0.7532 -0.089898
0.00005388 -0.36789
-0.68419 -0.90451
-0.99796 -0.77146
-0.12729 0.000056873
-0.36352 -0.6773
-0.89841 -0.99659
-0.7891 -0.1645
0.000059867 -0.35913
-0.67035 -0.89212
-0.99486 -0.80611
-0.20148 0.00006286
-0.35474 -0.66334
-0.88566 -0.99278
-0.82248 -0.23817
0.000065853 -0.35034
-0.65628 -0.87902
-0.99035 -0.8382
-0.27453 0.000068847
-0.34593 -0.64915
-0.87221 -0.98757
-0.85325 -0.31049
0.00007184 -0.34152
-0.64197 -0.86523
-0.98444 -0.86762
-0.34602
Universitas Sumatera Utara