Pengujian getaran meniru kondisi yang mungkin dilihat produk atau struktur selama masa pakainya di bawah lingkungan pengujian. Sebuah prinsip fisika pendiri menyatakan bahwa setiap objek bergetar sampai batas tertentu. Itu bisa di tingkat mikro, di mana partikel atom dan sub-atom bergetar dengan kecepatan lambat atau cepat. Getaran juga terjadi di tingkat makro, di mana benda besar mengalami kekuatan lingkungan yang menyebabkannya bergerak. Adalah adil untuk menyatakan bahwa getaran adalah fakta kehidupan yang tak terhindarkan, dan itu adalah faktor penting dalam dunia yang berubah-ubah.
Baru Mengenal Uji Getaran?
Dalam istilah teknis, getaran adalah osilasi mekanis yang merespons gaya yang mendorong benda di luar kesetimbangan atau titik istirahatnya. Tinggi dan rendah ini, atau ayunan maju mundur, bisa diukur. Mereka berhubungan dalam hal seperti frekuensi, bentuk gelombang dan spektrum. Getaran merespons secara langsung ke interval waktunya yang dapat diukur menggunakan peralatan pengujian getaran produk yang sesuai. Getaran bisa berkala dengan interval gelombang spesifik, seperti pendulum di jam mekanis. Atau bisa acak, seperti suspensi kendaraan merespons jalan berkerikil kasar. Getaran juga dapat terjadi pada perangkat statis seperti peralatan elektronik yang diletakkan di rak tempat kekuatan eksternal menyebabkannya bergetar. Mereka juga dapat terjadi pada peralatan seluler seperti mesin dan kipas yang menghasilkan kekuatan internal, menyebabkan mereka bergetar. Banyak getaran mekanis merupakan hasil yang diinginkan dari desain yang direncanakan. Loudspeaker adalah contoh yang bagus di mana getaran disengaja untuk menghasilkan suara. Namun, beberapa getaran tidak diinginkan dan dihasilkan dari desain yang tidak tepat atau keausan yang wajar pada peralatan yang tidak seimbang atau tidak selaras. Apakah getaran disengaja atau tidak disengaja, ada layanan pengujian getaran yang tepat dan standar pengujian getaran yang tersedia untuk memverifikasi parameter. Fasilitas pengujian getaran ini dapat menentukan apakah osilasi berada di dalam atau di luar rentang yang dapat ditoleransi.
Mengapa Produk Harus Melalui Uji Getaran?
Produk diuji getaran untuk menentukan batas dan toleransi. Setiap produk rentan terhadap beban getaran dan potensi kerusakan atau kegagalan. Itu termasuk benda-benda kecil seperti mikroprosesor dan papan sirkuit hingga struktur raksasa seperti jembatan dan gedung pencakar langit. Pengujian getaran memungkinkan perancang, insinyur, dan produsen untuk mengetahui batas stres yang dapat ditahan produk mereka. Pengujian melalui getaran memastikan produk memenuhi syarat untuk tujuan yang dimaksudkan dan memenuhi standar keselamatan dan peraturan, serta mematuhi persyaratan Organisasi Standar Internasional (ISO). Bagian dari uji tuntas dalam pengujian getaran menentukan pengujian kelelahan, batas kegagalan dan penyaringan integritas struktural. Banyak industri secara rutin menggunakan pengujian getaran sebagai bagian dari program kendali mutu mereka. Mencari tahu getaran apa yang bisa ditahan produk sebelum rilis masuk akal bagi bisnis. Keterbatasan yang diketahui memungkinkan pengguna akhir untuk menggunakan produk mereka dengan aman dan memasukkannya ke layanan bebas masalah. Pengujian untuk ketahanan getaran mencegah penarikan kembali produk, mendukung kondisi garansi dan memberikan nilai pembelian produk yang sangat baik.
Berikut alasan mengapa produk harus melalui uji getaran:
1. Untuk memenuhi tujuan pembangunan
Getaran ada di mana-mana dan komponen terus-menerus mengalami getaran. Pengujian getaran dapat digunakan untuk memastikan bahwa produk kuat dan berkinerja aman selama operasi atau transit, menghindari kinerja tak terduga atau kegagalan awal kehidupan di lapangan. Lingkungan getaran simulasi di laboratorium digunakan untuk memenuhi syarat produk selama desain. Desain adalah segalanya. Dengan membawa pengujian di bagian depan dalam siklus desain, ada peluang untuk mengukur kinerja produk dan mengumpulkan wawasan yang tidak akan ada di sana. Jika Anda melakukannya dengan benar, Anda memiliki waktu yang singkat untuk memasarkan. Dengan melakukan pengujian pada tahap desain Anda mengoptimalkan tahap pengembangan. Optimalisasi berarti menggunakan data untuk melihat ke masa depan dan menghilangkan kegagalan berulang. Permintaan untuk siklus hidup produk yang lebih pendek secara langsung mempengaruhi Departemen & Pengembangan (R&D) industri mana pun. Departemen R&D harus mempersingkat fase pengembangan total produk. Fase pengembangan produk yang lebih pendek akan membutuhkan pengembangan lebih lanjut, karena memiliki lebih sedikit ruang untuk masalah berulang dan kegagalan selama pengujian prototipe. Pengembangan produk tidak mampu mengalami kegagalan berulang selama pengujian prototipe. Kegagalan berulang akan menyebabkan penundaan waktu produksi massal, yang akan berakhir dengan hilangnya peluang. Memulai produksi massal dengan masalah pengujian prototipe yang tidak terpecahkan, juga akan memberikan risiko lebih besar akan penarikan produk dalam jumlah besar yang an kerugian lebih besar. Electrodynamic Shaker (ED Shaker) telah digunakan selama bertahun-tahun untuk membantu industri waktu pengembangan produk. Kita dapat menggunakan ED Shaker untuk tugas di bawah ini pada berbagai tahap pengembangan produk:
– Pengujian Komponen Skala Lab
– Pengujian Unit Skala Lab
– Validasi FEM
2. Untuk mematuhi Standar
Lingkungan getaran simulasi di laboratorium digunakan untuk menguji produk terhadap standar yang berbeda, mis. Mil-std 810 dll. Salah satu persyaratan uji yang paling umum adalah untuk kualifikasi elektronik, sistem kendaraan, dan senjata untuk aplikasi militer. Standar militer AS yang paling umum adalah MIL STD 810 dengan berbagai revisi. MIL-STD-810 adalah standar uji militer publik yang dirancang untuk membantu dalam pertimbangan teknik lingkungan untuk desain dan pengujian produk. Getaran MIL-STD-810 berisi metode pengujian dan perencanaan untuk arahan teknik untuk mempertimbangkan pengaruh tekanan lingkungan terhadap bahan, produk, atau peralatan di seluruh fase kehidupan layanan mereka. Digunakan oleh Militer Amerika Serikat untuk menguji batas dan kemampuan produk yang akan dialami oleh produk tersebut sepanjang masa pakainya. Pengujian getaran MILSTD-810 juga digunakan sebagai standar untuk produk komersial. Yang tidak kalah pentingnya adalah standardisasi dan kinerja minimum peralatan penerbangan. Standar penerbangan komersial paling umum di AS adalah DO-160 (Kondisi Lingkungan dan Prosedur Uji untuk Peralatan Lintas Udara) yang diterbitkan oleh RTCA, Komisi Teknis Radio untuk Penerbangan. DO-160 dikoordinasikan dengan spesifikasi EUROCAE / ED-14 dari EUROCAE. Ketika OEM otomotif mengalihkan biaya ke pemasok mereka, mereka juga menggeser sebagian besar persyaratan pengujian juga. Ada banyak standar ISO yang diarahkan untuk pengujian getaran otomotif, namun sebagian besar standar penerimaan kualifikasi diterbitkan atau disediakan langsung oleh OEM otomotif. Misalnya, GM secara rutin menerbitkan spesifikasi seperti GMW3172
Baca juga: Elektronika Dalam Revolusi Industri 4.0
3. Untuk analisa masalah getaran
Jika suatu produk memiliki masalah getaran, menggunakan pengujian Modal, pengujian FRF atau Bentuk Defleksi Operasi, dapat membantu mengidentifikasi dan menganalisisnya.
Pengujian Modal
Pengujian modal adalah bentuk pengujian getaran suatu objek di mana frekuensi (modal) alami, massa modal, rasio redaman modal dan bentuk mode dari objek yang diuji ditentukan. Ada beberapa cara untuk melakukan pengujian modal tetapi pengujian dampak palu dan pengujian pengocok (getaran tester) adalah hal biasa. Beberapa sinyal input tersedia untuk pengujian modal, tetapi sapuan sinus dan profil getaran frekuensi acak sejauh ini merupakan sinyal yang paling umum digunakan. Benda atau struktur kecil dapat dihubungkan langsung ke meja pengocok. Dengan beberapa jenis shaker, armature sering melekat pada tubuh untuk diuji dengan cara piano wire (pulling force) atau stinger (Pushing force). Ketika sinyal ditransmisikan melalui kawat piano atau stinger, objek merespon dengan cara yang sama seperti pengujian dampak, dengan melemahkan beberapa dan memperkuat frekuensi tertentu. Frekuensi ini diukur sebagai frekuensi modal. Biasanya sel beban ditempatkan di antara shaker dan struktur untuk mendapatkan gaya eksitasi.
Pengujian FRF
Pengukuran respons frekuensi digunakan secara luas dalam analisis modal sistem mekanis. Fungsi respons frekuensi dapat memiliki berbagai unit dan makna yang terkait dengannya. Misalnya, ketika melakukan analisis modal, yang paling umum adalah mengukur dan menghitung fungsi respons frekuensi akselerasi.
Operating Deflection Shape
Operating deflection shape (ODS), adalah istilah yang sering digunakan dalam analisis getaran struktural, yang dikenal sebagai analisis ODS. Analisis ODS adalah metode yang digunakan untuk visualisasi pola getaran mesin atau struktur yang dipengaruhi oleh kekuatan operasinya sendiri. Ini bertentangan dengan studi tentang pola getaran mesin di bawah analisis kekuatan eksternal (dikenal), yang merupakan analisis modal. Analisis Bentuk Defleksi Operasional (atau ODS) memberikan wawasan tambahan tentang masalah kebisingan atau getaran yang tidak diukur sendiri oleh masing-masing pengukuran. Dengan menggunakan Vibration Shaker, kita akan dapat melakukan Pengujian FRF atau Pengujian Modal. Setelah itu, dengan menggunakan DAq, Sensor dan Analisis Perangkat Lunak yang sesuai, kita akan dapat melihat Frekuensi Resonansi dan Bentuk Mode atau ODS (Operating Deflection Shape). Dengan mengetahui Mode Bentuk atau ODS, kita akan dapat melihat perilaku produk kami pada frekuensi atau resonansi tertentu. Akhirnya, dengan mengetahui perilakunya, kita dapat menentukan jenis perbaikan apa yang perlu kita lakukan untuk produk kita untuk mengurangi tingkat getaran produk kita dan melakukan iterasi “coba-coba” yang lebih sedikit selama siklus hidup pengembangan produk.
4. Untuk falidasi model elemen terbatas
Resonance Frequency
Dalam aplikasi suara, frekuensi resonansi adalah frekuensi getaran alami yang ditentukan oleh parameter fisik objek bergetar. Gagasan dasar yang sama tentang frekuensi alami yang ditentukan secara fisik ini berlaku di seluruh fisika dalam mekanika, listrik, dan magnet, dan bahkan di seluruh bidang fisika modern. Jembatan, sayap pesawat terbang, peralatan mesin, dan semua struktur fisik lainnya memiliki frekuensi alami. Frekuensi alami adalah frekuensi di mana struktur akan berosilasi jika terganggu dari posisi diamnya dan kemudian dibiarkan bergetar dengan bebas. Semua struktur memiliki setidaknya satu frekuensi alami. Hampir setiap struktur memiliki beberapa frekuensi alami. Resonansi terjadi ketika gaya yang diterapkan atau frekuensi eksitasi dasar bertepatan dengan frekuensi alami struktural. Selama getaran resonansi, perpindahan respons dapat meningkat hingga struktur mengalami tekuk, luluh, kelelahan, atau mekanisme kegagalan lainnya.
Frequency Response Function
Ada banyak alat yang tersedia untuk melakukan analisis dan pengujian getaran. Fungsi respons frekuensi adalah alat tertentu. Fungsi respons frekuensi (FRF) adalah fungsi transfer, yang dinyatakan dalam domain frekuensi. Fungsi respons frekuensi adalah fungsi kompleks, dengan komponen nyata dan imajiner. Mereka juga dapat diwakili dalam hal besarnya dan fase. Fungsi respons frekuensi dapat dibentuk dari data yang diukur atau fungsi analitis. Fungsi respons frekuensi mengekspresikan respons struktural terhadap gaya yang diterapkan sebagai fungsi frekuensi. Respons dapat diberikan dalam hal perpindahan, kecepatan, atau percepatan. Selanjutnya, parameter respons dapat muncul di pembilang atau penyebut fungsi transfer.
Mode Shape
Mode getaran ditandai dengan frekuensi modal dan bentuk mode. Ini dinomori berdasarkan jumlah setengah gelombang dalam getaran. Bentuk mode adalah pola getaran tertentu yang dilakukan oleh sistem mekanis pada frekuensi tertentu. Bentuk mode yang berbeda akan dikaitkan dengan frekuensi yang berbeda. Teknik eksperimental analisis modal menemukan bentuk mode dan frekuensi ini. Misalnya, jika sebuah balok bergetar dengan kedua ujungnya disematkan ditampilkan bentuk mode setengah dari gelombang sinus (satu puncak pada balok bergetar) itu akan bergetar dalam mode 1. Jika memiliki gelombang sinus penuh (satu puncak dan satu palung) ) itu akan bergetar dalam mode 2. Pada dasarnya, bentuk mode suatu sistem diperoleh saat Anda menghitung responsnya karena kondisi awal saja. Dengan menggunakan Vibration Shaker, kita akan dapat melakukan Pengujian FRF atau Pengujian Modal. Setelah itu, dengan menggunakan DAq, Sensor dan Analisis Software yang sesuai, kita akan dapat memperoleh hasil di bawah ini:
– Frekuensi gema
– Bentuk Mode
– Rasio Peredam
Kami akan dapat menggunakan data ini untuk memvalidasi Simulasi FEM (Model Elemen Hingga) kami. Dengan memiliki Simulasi FEM divalidasi, kita akan dapat menggunakannya untuk memprediksi respon getaran dari produk kami dan meningkatkan desain bahkan sebelum tahap prototyping. Ini bahkan akan memperpendek iterasi “coba-coba” selama siklus hidup pengembangan produk.
Tipe Uji Getaran
Ada dua jenis pengujian getaran yang berbeda. Salah satunya adalah pengujian getaran awal di mana perangkat menjalani pemeriksaan yang ketat dan canggih untuk membantu meningkatkan desain produk. Ini biasanya terjadi dalam pengaturan klinis seperti laboratorium pengujian kejut dan getaran atau fasilitas penelitian dan pengembangan. Pengujian dan analisis getaran memungkinkan pabrikan meregangkan tekanan dan tekanan ke titik puncaknya. Ini menetapkan batas parameter produk dan toleransi maksimum. Mengetahui keterbatasan sangat penting dalam evaluasi kritis seperti pengujian getaran pesawat ruang angkasa. Tipe lain dari tipe pengujian getaran adalah evaluasi sekunder. Ini berlaku untuk produk dan peralatan yang sudah beroperasi. Pengujian getaran sangat berharga untuk mempertahankan kinerja puncak atau memperkirakan potensi kegagalan. Kegagalan yang mahal, berbahaya atau bencana terjadi ketika mesin besar mengalami getaran dari kekuatan internal atau eksternal yang menyebabkan mereka aus, berhenti atau meledak. Kedua jenis pengujian getaran ini adalah ons pencegahan yang dibayarkan dalam pound penyembuhan. Perancang dan produsen produk yang baik melakukan evaluasi awal sepanjang prosedur produksi. Para insinyur merencanakan beban getaran dan toleransi, tetapi mereka hanya dapat melakukan banyak hal pada model yang terkomputerisasi. Pada titik tertentu, produk memerlukan pengujian getaran di dunia nyata dan di bawah beban gaya aktual.
Pengujian getaran di fasilitas yang dikontrol adalah prosedur yang tepat dan menuntut. Para profesional terlatih menggunakan mesin-mesin canggih untuk menguji semua jenis produk untuk toleransi getaran. Secara umum, semakin besar produk, semakin besar kebutuhan mesin pengujian. Bobot pengujian dapat berubah dari beberapa ons menjadi ribuan pound. Potongan-potongan peralatan pengujian getaran sering disebut shaker. Itu istilah sederhana untuk instrumen yang rumit. Pada intinya, pengujian getaran dilakukan untuk mengguncang suatu produk. Namun, cara itu dilakukan dan cara mengekstrak data membutuhkan banyak pengalaman untuk mendapatkan informasi yang bermakna. Produk yang sedang diuji getarannya di fasilitas pengujian khusus dipasang di atas meja di atas alat pengocok mekanis. Sebagian besar mesin uji getaran memiliki beberapa jenis perangkat penjepit yang menahan unit yang sedang diuji ke tabel getaran. Beberapa klem diaktifkan pegas. Unit lain mengamankan unit mereka melalui beberapa baut dan pelat penahan yang disebut sebagai perlengkapan uji. Perlengkapan uji sering dibuat khusus untuk bagian tertentu yang diuji. Setelah diamankan, instrumen getaran, atau pengocok, diaktifkan melalui amplifier daya yang dikontrol operator dan kontrol exciter. Penyesuaian variabel ini membiarkan analis getaran memvariasikan kecepatan dan kecepatan getaran yang diperkenalkan ke perangkat yang sedang diuji (DUT). Dua pengukuran bervariasi mengumpulkan data yang bermakna dari uji getaran, yang memungkinkan analis untuk menyimpulkan titik kegagalan produk. Pengukuran termasuk:
Frekuensi: Ini adalah jumlah getaran atau puncak getaran yang melewati titik tertentu dalam waktu tertentu. Seperti gelombang cahaya dan listrik, frekuensi getaran menggunakan pengukuran Hertz. Standar itu adalah satu puncak setiap detik. Banyak tes getaran merekam osilasi dalam kisaran kilohertz dengan seribu siklus atau lebih per detik.
Amplitudo: Pengukuran ini mencatat tingkat maksimum getaran atau osilasi yang diambil dari titik kesetimbangan. Amplitudo adalah angka yang sangat bervariasi dan tergantung pada jumlah gaya yang diterapkan pada DUT serta durasi siklus pengujiannya. Analis getaran mengekspresikan amplitudo dalam istilah nilai puncak, juga menggunakan skala Hertz. Rekaman tes getaran terkomputerisasi memberi analis dua jenis informasi. Ini membuat analis tahu apa yang terjadi pada DUT ketika mereka mengubah tingkat stres seperti resistansi resonansi, skala amplitudo dan pergantian frekuensi. Dua skala komputer meliputi:
– Informasi gelombang yang menunjukkan apa yang terjadi dari satu momen ke momen berikutnya selama pengujian getaran.
– Informasi spektrum yang merangkum semua yang terjadi saat data pengujian getaran dikumpulkan
Dua tes getaran umum melibatkan frekuensi yang diperkenalkan dalam pola getaran sinus atau acak. Sine adalah pola getaran linier yang juga disebut sebagai pengujian getaran sinusoidal. Ini melibatkan getaran yang diberikan pada tingkat yang sama selama tes.
PENGUJIAN SINE VIBRATION melibatkan getaran yang diberikan pada tingkat yang persis sama selama tes.
PENGUJIAN GETARAN RANDOM melibatkan shaker yang memungkinkan operator memperkenalkan getaran pada tingkat yang benar-benar acak dan tidak dapat diprediksi. Pengujian getaran sinus cocok untuk produk berisiko rendah yang ditujukan untuk aplikasi tugas ringan dan menengah. Itu bagus untuk banyak produk, tetapi dunia nyata jauh dari statis. Produk tugas berat memiliki segala macam tantangan getaran yang berkisar dari frekuensi rendah dan osilasi amplitudo hingga kondisi yang sangat tinggi. Pengujian getaran tingkat lanjut biasanya menggunakan pola getaran acak. Alat pengocok yang canggih memungkinkan operator memperkenalkan getaran pada tingkat yang acak dan tidak terduga. Ini memberikan DUT paparan luas untuk kondisi yang berubah yang mereka harapkan untuk temukan di luar fasilitas terkontrol dan keluar di dunia nyata.
Industri Menggunakan Pengujian Getaran Banyak industri yang berbeda menggunakan pengujian getaran sebagai bagian dari proses pembuatannya. Produsen terkemuka ingin memastikan keandalan produk. Pengujian getaran adalah bagian dari membangun kredibilitas, dan juga melindungi integritas dan reputasi pabrikan. Ini adalah beberapa industri yang biasanya menggunakan pengujian getaran selama pengembangan produk:
• Pabrikan Aerospace memastikan komponen yang sangat sensitif dapat menahan kekuatan lepas landas yang sangat besar serta kondisi ruang yang ekstrem.
• Pabrikan otomotif meminimalkan cacat pada pengendaraan dan penanganan dengan menguji getaran banyak bagian sebelum pemasangan pada jalur produksi. • Pabrikan penerbangan menghindari kerusakan bagian dan sistem seperti gerakan sayap dan tekanan engine dengan pengujian getaran.
• Produsen barang-barang konsumen melibatkan pengujian getaran untuk memastikan produk tahan terhadap kekakuan sehari-hari dalam penggunaan rumah tangga.
• Departemen pertahanan menggunakan pengujian getaran dalam peralatan dan sistem senjata untuk memastikan mereka dapat dengan aman diangkut dan digunakan di bidang pertempuran.
• Pabrikan elektronik menguji bagian-bagian kompleks untuk kemungkinan kerusakan dengan menjalankan prototipe melalui pengujian getaran.
• Produsen kelautan mengurangi keausan driveline dan kelelahan lambung dengan melakukan pengujian getaran di fasilitas yang terkontrol.
• Produsen peralatan medis mencegah kegagalan pada peralatan rumah sakit yang menyelamatkan jiwa dengan menguji getaran bagian.
• Produsen minyak dan gas mengandalkan pengujian getaran untuk mencegah masalah produksi di industri yang sangat tidak stabil.
• Stasiun pembangkit listrik juga menggunakan pengujian getaran untuk memastikan peralatan bertegangan tinggi beroperasi dengan aman dan andal.
