Bagaimana Menemukan Frekwensi Natural Suatu Struktur

Untuk mencari frekuensi natural struktur tsb bisa didekati dengan pemodelan elemen hingga (Finite element model software, seperti Nastran, SACS, ANSYS, dll). Dari hasil run porgram tsb dapat diketahui natural frekuensi dan juga mode shape-nya. dalam program FEM bisa dirun sampai mode yang diinginkan, misalnya 10 mode pertama dst.
Untuk struktur yang sudah terbangun, untuk mendapatkan frekuensi natural dilakukan dengan cara "bump test" dengan sebuah vibration analyszer. CMIIW.

Tanya - Thomas Yanuar

Dear Rekans Engineer,

Dalam mendesain suatu struktur pendukung, katakanlah pondasi untuk rotating equipment yang menghasilkan vibrasi, sependek pengetahuan saya adalah peraturan umumnya bahwa rentang frekwensi natural harus berada diluar frekwensi operasi dari rotating equipment yang bersangkutan. Rekomendasi rentang nilai frekwensi natural dari struktur itu baiknya berada 1,3 kali diatas frekwensi operasi dan 0,7 kali dibawah frekwensi operasi.
Pertanyaannya, bagaimana kita dapat menemukan frekwensi natural dari struktur tersebut guna menimalisir efek vibrasi dari equipment? Faktor-faktor apakah yang patut dipertimbangkan? Adakah yang memiliki contoh perhitungannya?
Ditunggu pencerahan dari rekan-rekan sekalian.


Tanggapan 1 - Teguh Santoso

Pak Yanuar,
Untuk mencari frekuensi natural struktur tsb bisa didekati dengan pemodelan elemen hingga (Finite element model software, seperti Nastran, SACS, ANSYS, dll). Dari hasil run porgram tsb dapat diketahui natural frekuensi dan juga mode shape-nya. dalam program FEM bisa dirun sampai mode yang diinginkan, misalnya 10 mode pertama dst.
Untuk struktur yang sudah terbangun, untuk mendapatkan frekuensi natural dilakukan dengan cara "bump test" dengan sebuah vibration analyszer. CMIIW.


Tanggapan 2 - JONO

Pak Thomas,

Lakukan Bump Test.


Tanggapan 3 - Setiawan, Ruddy (Jakarta)

Pak Yanuar,

Betul, jangan sampai ferkuensi natural equipment sama dengan frekuensi natural strukturnya, karena akan terjadi resonansi.

Faktor yang harus dipertimbangkan untuk penentuan frekuensi natural ada 2:


1.       Massa Struktur

2.       Stiffness (kekakuan) Struktur


Secara ringkas dapat disebut untuk memperkecil frekuensi natural sebuah struktur kita harus meminimalkan massanya & memperkuat stiffness strusktur tsb.

Untuk contoh perhitungan struktur sederhana, bapak bisa lihat ke bukunya Pak Barltrop (Dynamics of Fixed Offshore Structures). Kalo strukturnya kompleks, bapak bisa minta tolong software untuk mengerjakannya.


Tanggapan 4 - Andiga Tarihoran

Dear Pak Ruddy.

Maksud bapak mungkin untuk memperbesar Frekuensi Natural ya?
Soalnya kalau meminimalkan massa atau memperkuat stiffness bukannya memperkecil justru memperbesar Frekuensi naturalnya..


Tanggapan 5 - uci20032000

Selain membatasi rentang frekwensi mesin terhadap natural frekwensi structure.
Ada kalanya utk mesin yg agak berat, misal di atas 2 ton harus juga dicek amplitudo getaran. Agar tidak melebihi batas persyaratan yg ditentukan. Karena amplitudo yg besar dalam waktu yg lama akan merusak joint2 pada struktur dan juga mengakibatkan human discomfort. Juga kerusakan pada pondasi.


Tanggapan 6 - Setiawan, Ruddy (Jakarta)

Pak Andi,
Yakinkah anda bahwa meminimalkan massa dan memperkuat stiffness akan memperbesar frekuensi natural?
Apa ndak terbalik tuh?

Natural period sebuah struktur selalu berbanding lurus dengan massanya dan berbanding terbalik dengan stiffness-nya. Basic persamaan untuk natural period adalah, Tn = 2 p sqrt (M/K), dimana M adalah Mass dan K adalah Stiffness.


Tanggapan 7 - Galih Heru Prasetyo

Pak Rudi dan pak andi,

Sepertinya terjadi sedikit salah faham disini, benar yg dikatakan pak rudi bahwa PERIODE NATURAL berbanding lurus dengan massa struktur dan berbanding terbalik dgn kekakuan struktur, akan tetapi,yg dimaksud pak andi adalah FREKUENSI NATURAL, seperti yg kita ketahui, Tn=1/Fn, jadi menurut saya, MEMPERKECIL MASSA DAN MEMPERBESAR KEKAKUAN AKAN MEMPERBESAR FREKUENSI NATURAL DAN SEBALIKNYA AKAN MEMPERKECIL PERIODE NATURAL..


Tanggapan 8 - Setiawan, Ruddy (Jakarta)

Pak Galih,
Koreksi anda benar, yang saya maksud adalah natural period.


Tanggapan 9 - Teguh Santoso

Untuk struktur yang kompleks, cara "memperkaku" sebuah struktur bisa disimulasikan dengan software finite element. Jadi bukan dengan cara coba coba, misalnya ingin massanya lebih ringan maka beberapa bracing diganti dengan profil yang lebih kecil. tetapi dengan demikian kekakuan pun menurun. hasilnya frekuensi naturalnya tidak banyak berubah. Finite element akan banyak membantu untuk mendapatkan desain yang kita inginkan..CMIIW


Tanggapan 10 - hananto adi

Buat teman2 yang mau contoh pondasi mesin saya ada beberapa contoh analisa dinamis dari literatur Design of Structurs and Foundtaions for Vibrating Machine seperti:
1. Foundation design untuk riciprocating machine
2. Foundation block untuk centrifugal machine

Bagi yang mau silahkan japri ke hananto.adi@...


Tanggapan 11 - Agus Hernandar

Pak Thomas,
untuk menghitung natural periode pondasi block bisa dengan hand calculation saja. Untuk referensi saya biasa pakai buku "Design of Structures and Foundations for Vibrating Machine" karangan Suresh Arya. Di situ ada contoh perhitungannya.
Kalau untuk frame structure agak rumit, harus menggunakan software analisa struktur. Biasanya di software analisa struktur tsb ada perintah untuk menghitung natural frequency.
Oh ya, kalau frame structure pasti nanti keluar natural period / natural frequency yang banyak karena mode shapenya juga banyak.Yang perlu diperhatikan hanya beberapa mode shape awal saja sampai partisipasi masanya mencapai minimal 90%. Mungkin hanya sekitar 6 mode shape saja. Jangan lupa cek juga natural frequency lokalnya (untuk beam yang langsung menyangga machine tsb).
Setelah natural frequency masuk, cek juga amplitudonya. Untuk block foundation cukup dicek terhadap amplitudo maksimum yang diperbolehkan untuk machine tsb. Namun untuk structure, di mana di situ juga ada orang yang bekerja, harus dicek juga terhadap batas amplitudo maksimum agar tidak mengganggu kenyamanan orang yang bekerja di sana.


Tanggapan 12 - Thomas Yanuar

Rekans semua,

Terima kasih atas tanggapan dan diskusinya yang menarik tentang topik ini. Juga buat rekan-rekan yang mengirim japri kepada saya.
Masukan yang beragam tersebut telah memperkaya pemahaman saya tentang menemukan natural frekwensi suatu struktur secara manual baik bersifat masif seperti pondasi blok maupun kumulatif massa seperti pada struktur baja pendukung ataupun blast resistant building di suatu kilang.