Memahami Analisis Modal

Definisi: Apa itu Analisis Modal?

Analisis modal adalah proses mempelajari dan mengkarakterisasi sifat dinamis yang melekat pada suatu struktur atau sistem mekanik. Sifat-sifat ini—khususnya frekuensi alami, rasio redaman, Dan bentuk mode—dikenal sebagai "parameter modal" sistem. Analisis modal menentukan cara unik suatu struktur akan bergetar secara alami jika tereksitasi. Informasi ini penting untuk merancang struktur yang dapat menahan gaya dinamis, serta untuk memecahkan masalah dan menyelesaikan masalah getaran yang kompleks.

Tujuan: Mengidentifikasi Parameter Modal

Setiap struktur memiliki seperangkat parameter modal unik yang ditentukan oleh sifat fisiknya (massa, kekakuan, dan redaman). Tujuan analisis modal adalah untuk mengidentifikasi parameter-parameter ini:

• Frekuensi Alami (atau Frekuensi Resonansi): Ini adalah frekuensi spesifik di mana struktur akan bergetar dengan amplitudo terbesar ketika tereksitasi. Terdapat beberapa frekuensi alami untuk setiap struktur.
• Rasio Redaman: Parameter ini mengukur seberapa cepat getaran struktur akan mereda. Ini merupakan ukuran disipasi energi di dalam struktur.
• Bentuk Mode: Bentuk mode adalah pola deformasi atau defleksi spesifik yang dialami struktur ketika bergetar pada salah satu frekuensi alaminya. Setiap frekuensi alami memiliki bentuk mode yang unik.

Dengan mengidentifikasi parameter ini, para insinyur dapat sepenuhnya memahami dan memprediksi bagaimana suatu struktur akan merespons setiap beban dinamis yang mungkin dihadapinya selama pengoperasian.

Jenis-jenis Analisis Modal

Ada dua pendekatan utama untuk menentukan parameter modal suatu struktur:

1. Analisis Modal Eksperimental (EMA)

EMA, juga dikenal sebagai "uji benturan", melibatkan pengukuran respons struktur terhadap gaya input yang telah diketahui dan terkontrol. Ini adalah metode yang paling umum untuk menguji perangkat keras di dunia nyata. Prosesnya meliputi:

1. Menggairahkan struktur dengan kekuatan terukur, biasanya dari palu tumbukan berinstrumen (yang memiliki sensor gaya di ujungnya) atau pengocok elektrodinamik.
2. Mengukur respons getaran di satu atau beberapa lokasi pada struktur menggunakan akselerometer.
3. Menghitung Fungsi Respons Frekuensi (FRF) untuk setiap titik pengukuran, yang merupakan rasio getaran keluaran terhadap gaya masukan.
4. Menggunakan perangkat lunak khusus untuk menganalisis rangkaian FRF guna mengekstraksi frekuensi alami, redaman, dan bentuk mode. Perangkat lunak kemudian dapat menganimasikan bentuk mode untuk memvisualisasikan bagaimana struktur mengalami deformasi pada setiap frekuensi alami.

2. Analisis Modal Operasional (OMA)

OMA digunakan ketika tidak praktis atau mustahil untuk menerapkan gaya input yang terkontrol, atau ketika penting untuk memahami perilaku struktur dalam kondisi operasi aktual. Dalam OMA, hanya respons output struktur yang diukur (menggunakan akselerometer) saat struktur tersebut dirangsang oleh gaya operasional atau ambien normalnya (misalnya, angin pada jembatan, input jalan pada mobil, atau gaya operasional pada mesin yang sedang berjalan). Algoritme canggih kemudian digunakan untuk mengekstrak parameter modal dari data respons saja. Pendekatan ini lebih kompleks tetapi terkadang diperlukan.

3. Analisis Modal Analitis (FEA)

Ini adalah pendekatan teoritis murni yang menggunakan model komputer, yang paling umum Analisis Elemen Hingga (FEA)Insinyur membuat model virtual struktur, dan perangkat lunak menghitung parameter modal yang diprediksi. EMA sering dilakukan untuk memvalidasi dan menyempurnakan akurasi model FEA ini.

Aplikasi Analisis Modal

• Pemecahan Masalah Resonansi: Penerapannya yang paling umum. Jika sebuah mesin memiliki getaran tinggi, analisis modal dapat menentukan apakah frekuensi alami struktural dipicu oleh gaya operasi.
• Validasi Desain: Insinyur menggunakannya untuk mengonfirmasi bahwa frekuensi alami produk baru tidak mendekati frekuensi eksitasi yang diketahui (misalnya, RPM mesin, frekuensi lintasan bilah).
• Modifikasi Struktural: Jika ditemukan masalah resonansi, model modal dapat digunakan untuk melakukan analisis “bagaimana jika” guna menentukan cara paling efektif untuk memperbaikinya (misalnya, “Di mana saya harus menambahkan pengaku untuk menaikkan frekuensi alami ini?”).
• Pemantauan Kesehatan Struktural: Perubahan pada parameter modal suatu struktur dari waktu ke waktu dapat menunjukkan adanya kerusakan, seperti retakan.

← Kembali ke Indeks Utama