D4 โ KARYA ILMIAH
Disusun Oleh : Muhammad Ramadhan Zainal
Program Studi Teknik Perkapalan
Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
ANALISIS GETARAN SISTEM MESIN KAPAL SEDERHANA MENGGUNAKAN METODE EULER BERBASIS KERANGKA DAI5
BAB I
DASAR TEORI
1.1 Getaran pada Sistem Mesin Kapal
Getaran merupakan fenomena yang tidak dapat dihindari dalam sistem permesinan kapal. Sumber getaran dapat berasal dari mesin utama, sistem poros, propeller, maupun interaksi antara mesin dan struktur kapal. Apabila amplitudo getaran terlalu besar, maka dapat menyebabkan kelelahan material, kerusakan komponen, hingga menurunkan kenyamanan operasional kapal.
Dalam teknik perkapalan, analisis getaran sangat penting karena berkaitan dengan keselamatan dan keandalan sistem. Oleh karena itu diperlukan metode yang mampu memprediksi perilaku getaran sebelum sistem dioperasikan pada kondisi nyata.
1.2 Sistem Massa-Pegas-Peredam (SDOF)
Untuk mempelajari karakteristik dasar getaran, sistem diidealisasikan sebagai Single Degree of Freedom (SDOF) yang terdiri atas massa, pegas, dan redaman.
Model ini digunakan karena mampu merepresentasikan perilaku dasar sistem getaran secara sederhana namun tetap memiliki makna fisik yang jelas.
Persamaan gerak sistem dituliskan sebagai:
mแบ + cแบ + kx = F(t)
di mana:
m = massa sistem (kg)
c = koefisien redaman (Ns/m)
k = konstanta kekakuan (N/m)
x = perpindahan (m)
F(t) = gaya eksitasi (N)
1.3 Metode Euler
Metode Euler merupakan salah satu metode numerik yang digunakan untuk menyelesaikan persamaan diferensial.
Prinsip dasar metode Euler adalah menghitung nilai berikutnya berdasarkan gradien pada titik sebelumnya.
Persamaan Euler yang digunakan adalah:
x(i+1) = x(i) + v(i)ฮt
v(i+1) = v(i) + a(i)ฮt
Metode ini dipilih karena sederhana dan mudah diimplementasikan untuk memahami konsep dasar penyelesaian numerik.
1.4 Pendekatan DAI5
Framework DAI5 terdiri dari Deep Awareness, Intention, Initial Thinking, Idealization, dan Implementation.
Dalam penelitian ini DAI5 digunakan sebagai kerangka berpikir untuk memahami fenomena getaran, menyusun model matematis, melakukan penyederhanaan sistem, dan mengimplementasikan metode numerik secara sistematis.
BAB II
METODOLOGI PENELITIAN
2.1 Umum
Penelitian ini menggunakan pendekatan simulasi numerik untuk menganalisis respons getaran sistem mesin kapal sederhana terhadap waktu.
2.2 Parameter Simulasi
Parameter yang digunakan dalam simulasi adalah:
Massa sistem (m) = 1000 kg
Koefisien redaman (c) = 500 Ns/m
Kekakuan sistem (k) = 20.000 N/m
Perpindahan awal (xโ) = 0,1 m
Kecepatan awal (vโ) = 0 m/s
Time step (ฮt) = 0,01 s
Durasi simulasi = 20 s
2.3 Tahapan Penelitian
Tahapan penelitian dimulai dengan identifikasi masalah getaran pada sistem mesin kapal. Selanjutnya dilakukan studi literatur mengenai teori getaran, metode Euler, dan framework DAI5.
Model matematis kemudian disusun dalam bentuk sistem massa-pegas-peredam. Persamaan diferensial yang diperoleh dikonversi menjadi sistem orde satu agar dapat diselesaikan menggunakan metode Euler.
Setelah parameter ditentukan, simulasi dilakukan menggunakan Python untuk memperoleh respons perpindahan terhadap waktu.
BAB III
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Hasil Simulasi
Hasil simulasi menunjukkan bahwa sistem mengalami osilasi pada awal waktu simulasi akibat adanya perpindahan awal yang diberikan.
Seiring bertambahnya waktu, amplitudo getaran mengalami penurunan secara bertahap akibat adanya redaman dalam sistem. Respons ini menunjukkan karakteristik underdamped system yang umum dijumpai pada sistem mekanik.
3.2 Pengaruh Redaman
Ketika nilai redaman diperbesar, amplitudo getaran menurun lebih cepat. Hal ini menunjukkan bahwa redaman berfungsi menyerap energi sistem sehingga osilasi semakin cepat mereda.
Sebaliknya, apabila redaman diperkecil, sistem akan berosilasi lebih lama sebelum mencapai kondisi setimbang.
3.3 Pengaruh Massa dan Kekakuan
Massa memengaruhi frekuensi alami sistem. Semakin besar massa, frekuensi getaran cenderung menurun.
Kekakuan sistem memberikan efek sebaliknya. Semakin besar nilai kekakuan, frekuensi getaran menjadi semakin tinggi.
3.4 Pembahasan Berdasarkan DAI5
Deep Awareness memberikan kesadaran bahwa analisis getaran berhubungan langsung dengan keselamatan dan keandalan sistem kapal.
Intention dalam penelitian ini adalah memahami bagaimana metode numerik dapat digunakan untuk memodelkan fenomena teknik secara sederhana.
Initial Thinking dilakukan melalui identifikasi fenomena getaran dan hubungan antar parameter.
Idealization dilakukan dengan menyederhanakan sistem menjadi model SDOF.
Implementation diwujudkan melalui penerapan metode Euler dan simulasi menggunakan Python.
BAB IV
KESIMPULAN
Metode Euler berhasil digunakan untuk menyelesaikan model matematis getaran sistem mesin kapal sederhana.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa redaman memiliki pengaruh signifikan terhadap penurunan amplitudo getaran, sedangkan massa dan kekakuan memengaruhi frekuensi alami sistem.
Framework DAI5 membantu proses analisis menjadi lebih sistematis karena menghubungkan pemahaman fisik, pemodelan matematis, dan implementasi numerik dalam satu alur berpikir yang terintegrasi.
Dengan demikian, metode numerik dan pendekatan DAI5 dapat digunakan sebagai sarana pembelajaran yang efektif dalam memahami fenomena getaran pada bidang teknik perkapalan.
