7 Jenis Getaran: Pasti Ada Sesuatu yang Tidak Anda Ketahui

1. Resonansi

Ketika suatu sistem mengalami eksitasi eksternal, amplitudo getaran paksa dapat menjadi sangat besar jika frekuensi eksitasi mendekati salah satu frekuensi alami sistem. Ini disebut sebagai resonansi.

Sistem memiliki banyak frekuensi alami, tetapi kami biasanya fokus pada frekuensi dalam kisaran yang lebih rendah.

Dalam fisika, resonansi mengacu pada fenomena dua objek dengan frekuensi getaran yang sama yang menyebabkan getaran objek ketiga ketika salah satunya bergetar.

Istilah "resonansi" juga digunakan dalam mekanika untuk menggambarkan fenomena di mana sebuah objek menghasilkan suara karena getaran pada frekuensi resonansinya.

Contohnya, apabila dua garpu tala dengan frekuensi yang sama ditempatkan berdekatan, yang satu akan menghasilkan suara ketika bergetar dan yang lainnya juga akan mulai bergetar dan menghasilkan suara.

2. Getaran pusaran

Getaran pusaran mengacu pada getaran yang disebabkan oleh pergantian pelepasan pusaran setelah aliran di sekitar benda padat di bawah pengaruh angin rata-rata.

Studi tentang getaran pusaran pada jembatan adalah bidang dalam aerodinamika.

Getaran yang diinduksi oleh pusaran pada jembatan adalah jenis getaran yang memiliki karakteristik getaran yang tereksitasi sendiri dan getaran yang dipaksakan, dengan amplitudo yang terbatas.

Hal ini dapat mempertahankan konstanta frekuensi yang diinduksi pusaran dalam kisaran kecepatan angin yang luas, sehingga menghasilkan fenomena "lock-on".

Perhitungan amplitudo terbatas dari resonansi yang diinduksi oleh pusaran jembatan adalah masalah yang krusial namun menantang.

Saat ini, teori yang komprehensif untuk analisis getaran pusaran jembatan belum sepenuhnya dikembangkan baik di dalam negeri maupun di luar negeri.

Dalam praktiknya, kombinasi metode semi teoretis dan semi eksperimental digunakan untuk memperkirakan amplitudo resonansi yang diinduksi oleh pusaran.

3. Berkibar

Flutter mengacu pada fenomena getaran yang timbul dengan sendirinya yang disebabkan oleh interaksi antara gaya aerodinamis dan elastisitas serta inersia struktur. Ini adalah hasil dari kopling antara aliran dan struktur.

Di sisi lain, buffeting mengacu pada respons paksa struktur terhadap gaya aerodinamis periodik yang disebabkan oleh kondisi aliran yang tidak stabil, seperti separasi aliran dan gangguan lapisan batas kejut.

Oleh karena itu, menurut definisi tradisional, flutter klasik adalah jenis getaran yang tereksitasi sendiri, sedangkan buffeting adalah jenis getaran yang dipaksakan.

Ada juga fenomena yang dikenal sebagai stall flutter, yang terjadi pada sudut serang yang tinggi.

Sebagian ahli meyakini bahwa jenis getaran struktural ini, yang dicirikan oleh kondisi pemisahan yang kuat, hidup berdampingan dengan flutter dan buffeting.

4. Prasmanan

Buffeting di pesawat terbang mengacu pada getaran komponen pesawat karena eksitasi aliran udara yang terpisah atau wake, menyebabkan mereka berosilasi pada frekuensi alami.

Salah satu contoh umum dari buffeting adalah buffeting sayap ekor, yang terjadi ketika ekor berada di bagian belakang sayap, sambungan badan pesawat, atau komponen lainnya. Gangguan di bagian belakang menyebabkan ekor bergetar kuat.

Sudut serang yang tinggi dapat membuat pesawat sangat rentan terhadap kepakan ekor, yang telah menjadi penyebab kecelakaan serius di masa lalu.

Sayap juga dapat mengalami buffeting karena pemisahan aliran udaranya sendiri. Pada rentang transonik, pemisahan lapisan batas yang diinduksi gelombang kejut merupakan penyebab penting lainnya dari buffeting.

Buffeting memberikan batasan pada koefisien daya angkat yang tersedia dan angka Mach pesawat. Untuk mencegah buffeting, bentuk aerodinamis biasanya dikoreksi dan posisi relatif antara ekor, sayap, dan badan pesawat diatur dengan benar.

Buffeting adalah getaran acak, tetapi teratur dalam domain frekuensi, dan puncak utama spektrum dayanya biasanya sesuai dengan frekuensi natural pertama.

Meskipun buffeting tidak langsung merusak struktur pesawat, namun hal ini meningkatkan tekanan struktural, sehingga mengurangi usia pakai pesawat. Hal ini juga berdampak negatif pada kinerja aerodinamis, sistem persenjataan, instrumen dan peralatan mekanis dan elektronik, serta kenyamanan penumpang.

Pada kasus yang parah, buffeting dapat menyebabkan pilot kehilangan kendali, sehingga membahayakan keselamatan penerbangan dan pilot.

Oleh karena itu, prasmanan dianggap sebagai faktor penting dalam desain pesawat.

5. Lonjakan

Surge adalah getaran abnormal yang terjadi pada kompresor turbin, juga dikenal sebagai kompresor baling-baling, ketika aliran menurun ke tingkat tertentu.

Kompresor sentrifugal, yang merupakan jenis kompresor turbin, sangat rentan terhadap lonjakan.

Terjadinya lonjakan terkait dengan karakteristik mesin fluida dan jaringan pipa. Semakin besar kapasitas sistem pipa, semakin kuat lonjakan dan semakin rendah frekuensinya.

Lonjakan mengganggu aliran reguler media di dalam mesin, menimbulkan kebisingan mekanis, menyebabkan getaran kuat pada komponennya, dan mempercepat keausan bearing dan seal.

Jika lonjakan menyebabkan resonansi pada pipa, mesin, dan fondasinya, hal ini dapat menyebabkan konsekuensi yang serius.

6. Berderap

Galloping adalah jenis getaran yang terjadi pada struktur dengan bagian non-garis yang kompleks dan tidak beraturan, seperti persegi, persegi panjang, dan bentuk serupa lainnya.

Penyebab galloping adalah karena kurva lift memiliki kemiringan negatif, yang menciptakan efek redaman negatif pada lift udara, menyebabkan struktur terus menerus menyerap energi dari luar dan membentuk getaran yang berbeda yang mirip dengan flutter.

Berdasarkan mekanisme pembangkitannya, galloping dapat dibagi menjadi dua jenis: wake galloping dan cross flow galloping.

Wake galloping adalah getaran yang tidak stabil yang disebabkan oleh struktur hilir yang tereksitasi oleh aliran yang melewati fluktuasi struktur depan. Struktur seperti kabel jembatan cable-stayed dan suspender jembatan suspensi adalah yang paling rentan terhadap wake galloping.

Cross flow galloping adalah getaran self-excited lentur yang berbeda yang disebabkan oleh kemiringan negatif dari kurva pengangkatan. Kemiringan negatif ini menyebabkan perpindahan struktur sejajar dengan arah gaya udara selama getaran, sehingga menyebabkan struktur terus menerus menyerap energi dari luar dan menghasilkan getaran yang tidak stabil.

Aliran silang berderap biasanya terjadi pada struktur ringan yang fleksibel dengan bagian non-serong bersudut, seperti kabel dan suspender pada sistem jembatan gantung.

Ada juga kemungkinan terjadinya divergensi berderap pada struktur lain, seperti jembatan baja gelagar dengan rasio lebar-ke-tinggi yang kecil, jembatan cable-stayed bentang panjang yang tinggi dan fleksibel, menara jembatan gantung, dan balok utama jembatan rangka baja kontinu pada tahap konstruksi kantilever maksimum.

7. Jalan pusaran

Jalan pusaran adalah fenomena umum dalam mekanika fluida yang sering diamati di alam.

Ketika aliran masuk yang stabil melewati objek dalam kondisi tertentu, pusaran dengan arah rotasi yang berlawanan dan pengaturan yang teratur akan terlepas secara berkala dari kedua sisi objek, membentuk jalan pusaran Carmen setelah aksi nonlinier.

Sebagai contoh, jika air mengalir melewati dermaga atau angin berhembus melewati menara, cerobong asap, atau kabel listrik, maka akan terbentuk jalan pusaran Carmen. Fenomena ini dinamai sesuai dengan nama Carmen, yang pertama kali mengusulkan keberadaannya.

Insinyur mesin terkemuka dari Tiongkok, Qian Xuesen, Guo Yonghuai, dan Qian Weichang, semuanya pernah bekerja di laboratorium Carmen.

Jika frekuensi pelepasan bolak-balik dari jalan pusaran bertepatan dengan frekuensi gelombang berdiri akustik objek, resonansi akan terjadi.

Banyak preheater dan boiler industri terdiri dari tabung melingkar, dan fluida yang mengalir di sekitar tabung melingkar dapat menyebabkan penumpahan bolak-balik jalan pusaran Carmen untuk menggetarkan kolom gas di dalam kotak pemanas awal.

Jika frekuensi pelepasan bolak-balik dari jalan pusaran bertepatan dengan frekuensi gelombang berdiri akustik objek, hal ini dapat menyebabkan resonansi akustik dan menyebabkan kotak tabung bergetar hebat. Dalam kasus yang parah, drum getaran kotak tabung pemanas awal dapat menjadi tidak stabil atau bahkan pecah.

Untuk mencegah kerusakan pada peralatan, frekuensi alami kotak pipa dan gas dapat disesuaikan untuk menjauhkannya dari frekuensi pelepasan jalan pusaran Carmen, sehingga menghindari resonansi.