Pengaruh Perlakuan Panas Terhadap Frekuensi Pribadi dan Rasio Redaman Komposit Hybrid Serat Karbon dan Serat Gelas.

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. I0409055

JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2015

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

Disusun oleh

Yon Afif Hidayat
NIM. I0409055
Dosen Pembimbing I

Dosen Pembimbing II

Didik Djoko Susilo, S.T., M.T.
NIP. 197203131997021001

Ir. Wijang Wisnu Raharjo,M.T.
NIP. 196810041999031002

Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Selasa tanggal
7 Juli 2015

1. Dr. Budi Santoso S.T., M.T.
NIP. 197011052000031001


..........................................

2. Dr. Triyono, S.T., M.T.
NIP. 197406251999031002

..........................................

Mengetahui,

Ketua Jurusan Teknik Mesin

Koordinator Tugas Akhir

Dr. Eng. Syamsul Hadi, S.T., M.T.
NIP. 197106151998021002

Nurul Muhayat, S.T., M.T.
NIP. 197003231998021001

iii


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
E-mail : [email protected]
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 oC, 200 oC, dan 280 oC) 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 oC) nilai
frekuensi pribadi meningkat dan rasio redaman menurun, akibat terjadi peningkatan
kekakuan komposit. Pada suhu tinggi (di atas 100 oC) 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

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

E-mail : [email protected]
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 oC, 200 oC, and 280 oC) 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 oC) the natural frequency value
increase and the damping ratio decrease causes an improvement of composite
stiffness. In high temperatures (higher than 100 oC) 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

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

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. I0409055

vii

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 …............................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah …...................................................................... 3
1.3 Batasan Masalah …........................................................................ 3
1.4 Tujuan Penelitian …....................................................................... 3
1.5 Manfaat Penelitian …..................................................................... 3
1.6 Sistematika Penulisan …................................................................ 4
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka …........................................................................ 5
2.2 Kajian Teori Komposit …............................................................. 7
2.2.1 Komposit Hybrid ................................................................... 9
2.2.2 Polimer .................................................................................. 11
2.2.3 Poliester ................................................................................. 11
2.2.4 Katalis .................................................................................... 12
2.2.5 Transisi Gelas ......................................................................... 12

2.2.6 Ikatan Silang ........................................................................... 13
2.3 Kajian Teori Getaran …................................................................. 14
2.3.1 Rasio Redaman ...................................................................... 15
2.3.2 Frekuensi Natural ................................................................... 15
2.3.3 Menentukan Rasio Redaman ................................................ 16
2.3.4 Experimental Modal Analysis .............................................. 18
2.3.5 Frequency Respons Function ............................................... 19
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Tempat Penelitian …....................................................................... 20
3.2 Diagram Alir Penelitian .................................................................. 20
3.3 Bahan Penelitian ….......................................................................... 21
3.4 Alat Penelitian ................................................................................. 21
3.5 Langkah Kerja Penelitian ................................................................ 25
3.5.1 Tahap Pembuatan Komposit Hybrid ...................................... 25
3.5.2 Tahap Pembuatan Spesimen Uji Getaran ............................... 26
3.5.3 Tahap Pengujian Getaran ....................................................... 26
3.5.4 Tahap Pengujian Bending ...................................................... 27
3.5.5 Tahap Analisa Data ................................................................ 29
BAB IV DATA DAN ANALISA
4.1 Pengaruh Perlakuan Panas Terhadap Frekuensi Pribadi dan Rasio

Redaman Komposit Hybrid ............................................................ 30
viii

4.2 Pengaruh Konfigurasi Posisi Pengujian Terhadap Frekuensi Pribadi dan
Rasio Redaman Komposit Hybrid ................................................... 34
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ….................................................................................. 36
5.2 Saran …........................................................................................... 36
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

ix

DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat-sifat serat gelas ............................................................. 9
Tabel 2.2 Sifat-sifat serat E-Glass ........................................................ 10
Tabel 2.3

Sifat-sifat serat karbon berbasis Polyacrylomitrie ................ 10

Tabel 2.4 Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin Yucalac 157 ® BQTNEX ......................................................................................... 12
Tabel 2.5 Nilai numerik �� � 2 untuk keadaan ujung tertentu .............. 15

x

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1

Klasifikasi struktur komposit ................................................... 7

Gambar 2.2

Ilustrasi komposit berdasarkan strukturnya ............................. 8

Gambar 2.3

Transisi gelas ........................................................................... 13

Gambar 2.4

Ikatan pada polimer ................................................................. 13

Gambar 2.5

Respon displacment dari sistem getaran yang bergetar bebas . 16

Gambar 2.6

Half power bandwidth ............................................................. 18

Gambar 3.1

Diagram alir penelitian ............................................................. 20

Gambar 3.2

Timbangan digital ..................................................................... 21

Gambar 3.3

Oven .......................................................................................... 21

Gambar 3.4

impact hammer ......................................................................... 22

Gambar 3.5

Piezoelectrik accelerometer sensor .......................................... 23

Gambar 3.6

Power unit ................................................................................. 24

Gambar 3.7

Digital storage oscilloscope ...................................................... 24

Gambar 3.8

Cetakan komposit ..................................................................... 25

Gambar 3.9

Spesimen uji .............................................................................. 26

Gambar 3.10 Skema konfigurasi pemasangan struktur .................................. 26
Gambar 3.11 Rangkaian alat uji getaran ......................................................... 27
Gambar 3.12 Universal Testing Machine ....................................................... 28
Gambar 3.13 Skema pengujian Three Point Bending ...................................... 27
Gambar 4.1

Grafik hubungan antara suhu perlakuan panas terhadap frekuensi
pribadi komposit hybrid ............................................................ 30

Gambar 4.2

Modulus elastisitas bending komposit hybrid ........................... 31

Gambar 4.3

Grafik TGA resin dan komposit ................................................ 32

Gambar 4.4

Perubahan warna pada komposit akibat proses pemanasan ...... 33

Gambar 4.5

Grafik hubungan antara suhu perlakuan panas terhadap rasio
redaman komposit hybrid .......................................................... 34

xi

DAFTAR RUMUS
Rumus 2.1

Persamaan Rasio Redaman ........................................................ 14

Rumus 2.2

Persamaan Frekuensi Natural ..................................................... 15

Rumus 2.3

Persamaan Frekuensi Natural Kantilever ................................... 15

Rumus 2.4

Persamaan Umum Getaran Teredam ......................................... 16

Rumus 2.5

Persamaan Dasar Pengurangan Logaritmik ............................... 16

Rumus 2.6

Persamaan Pengurangan Logaritmik ......................................... 16

Rumus 2.7

Persamaan Subtitusi Pengurangan Logaritmik .......................... 16

Rumus 2.8

Persamaan Pendekatan Pengurangan Logaritmik ...................... 16

Rumus 2.9

Persamaan rasio redaman ........................................................... 17

Rumus 2.10

Persamaan Hubungan Sinyal Input dan Output ......................... 19

xii