Abstrak — A-arm merupakan  salah  satu  komponen  suspensi  yang berperan penting saat mobil balap melaju. Pada kompetisi mobil balap Student Formula Japan , a-arm dari mobil Sapuangin Speed perlu  dilakukan modal  testing sebagai  bagian  dari  ketentuan awal lomba. Pemilihan shaker yang spesifik sangat krusial untuk mendapatkan  data modal  testing dengan  akurasi  tinggi. Electrodynamic  shaker (ES)  merupakan  salah  satu  sistem  yang dirancang untuk mengetahui karakteristik dinamis suatu elemen setelah  dikenai  beban.  ES  dapat  menganalisis  karakteristik dinamis  dari  sebuah a - arm sebelum  kompetisi  dimulai,  sehingga kegagalan  pada a-arm, seperti  terjadinya  bending  yang berlebihan  atau  patah,  dapat  dihindari.  Oleh  karena  itu,  untuk memperoleh  desain  ES  yang  sesuai  untuk  pengujian  a-arm  dari Sapuangin Speed, perlu dilakukan simulasi dan analisis terhadap ES.  ES  dirancang  berdasarkan  acuan shaker yang  sudah  ada  di pasaran  dan  memiliki  sistem  translasi  sederhana.  Pada rancangan  ini,  parameter  dinamis  dari shaker dicari  dan disesuaikan  dengan  karakteristik  dari a-arm .  Simulasi,  dengan bantuan  perangkat lunak Simulink  MATLAB R2013, dilakukan dengan input sinusoidal untuk mendapatkan parameter redaman dari shaker .  Input  arus  yang  digunakan  adalah  sebesar  12.5  A dengan frekuensi listrik 50 Hz. Untuk mengetahui respon sistem saat  terkena  perubahan  input  arus  dilakukan  variasi  nilai  yang berbeda yaitu sebesar 12.5 A, 10.5 A, dan 14.5 A. Selain itu,  dua material  objek  uji  dipilih  (steel  dan  carbon  fiber)  untuk mengetahui respon sistem terhadap  material komponen uji yang berbeda. Penelitian menunjukkan bahwa peningkatan besar arus berbanding  lurus  dengan  besarnya  nilai  respon  perpindahan, kecepatan, dan percepatan ES dan a-arm . Sedangkan perbedaan respon  dinamis  perpindahan  pada carbon  fiber lebih  kecil daripada steel karena carbon fiber memiliki kekakuan yang lebih tinggi.  Selain  itu,  dari  simulasi  didapatkan  parameter  redaman shaker yang ideal sebesar 5000 Ns/m.
Kata  Kunci — A-Arm ,  Arus ,  Electrodynamic  Shaker , Sapuangin Speed , Translasi.

## I. PENDAHULUAN
NSTITUT  Teknologi  Sepuluh  Nopember  (ITS)  merupakan salah  satu  peserta  kompetisi  mobil  formula  internasional, Student  Formula  Japan ,  yang  diselenggarakan  oleh Japan Society of Automotive Engineer . Mobil yang mengikuti lomba harus  didesain  sedemikian  rupa  untuk  memenuhi  kriteria  dan dapat  memberikan  performa  optimal.  Mobil  balap  formula dibangun  dari  rancangan  mobil  yang  disederhanakan  dari mobil balap Formula One ,  yang  mana didesain dan dibangun sendiri  oleh  mahasiswa-mahasiswa  ITS  untuk  keperluan kompetisi.
Electrodynamic  shaker (ES)  merupakan  sistem  yang
dirancang  untuk  mengetahui  karakteristik  dinamis  suatu elemen setelah dikenai beban. ES yang dirancang berdasarkan acuan shaker yang  sudah  ada  dan  memiliki  sistem  translasi sederhana.  Rancangan shaker ini  dapat  menganalisa karakteristik dinamis dari sebuah a-arm terlebih dahulu untuk menghindari kegagalan pada a-arm seperti terjadinya bending atau  patah  akibat  menahan  beban  kendaraan. A-arm merupakan  salah  satu  komponen  suspensi  yang  berperan penting  saat  mobil  balap  melaju.  Hasil  analisa  karakteristik dinamis a-arm dibutuhkan untuk kesesuaian ketika penyetelan a-arm ke body kendaraan  dan  perlu  dilakukan modal  testing oleh ES pada a-arm untuk  melakukan  analisa.  Pemilihan shaker yang  spesifik  sangat  krusial  untuk  mendapatkan  data modal  testing dengan  akurasi  tinggi  serta  menghasilkan rancangan a-arm yang  handal. Parameter dinamis dari shaker dicari dan disesuaikan dengan karakteristik dari a-arm . Pada tahun 2016, Murtadlo menganalisis kekuatan dan umur kelelahan  desain a-arm  tube dari  mobil  formula  Sapuangin Speed  menggunakan  metode  elemen  hingga.  Dengan penelitian ini, diperoleh  desain  yang tepat untuk a-arm mobil Sapuangin  Speed dan  mampu  melalui  tes  statis  maupun dinamis  pada  ajang  kompetisi Student  Formula  Japan . Sedangkan  untuk  pengembangan  ES,  Hickey  dkk.  (2013) melakukan studi terhadap ES  dan memperoleh pemodelan ES pada free  body  diagram  . Pada  tahun  2015,  Harris  dkk. membahas  dan  memperoleh  pemilihan stinger yang  ideal untuk sebuah ES .
Pada  penelitian  ini  dilakukan  simulasi  dengan  input sinusoidal  menggunakan software  MATLAB  Network  R2013a untuk mendapatkan parameter redaman yang ideal dari ES .

## II. METODE PENELITIAN
Dalam  penulisan  tugas  akhir  ini  diperlukan  referensi- referensi  yang  dapat  menunjang  dalam  menganalisis rancangan ES untuk  pengujian  A-Arm.  Masalah  yang diidentifikasi  pada  penelitian  ini  ada  dua,  yaitu  input  dan output.  Input  yang  diberikan  berupa  variasi  arus,  variasi material,  dan  konstanta  redaman.  Sedangkan  output  yang dihasilkan  dari  penelitian  ini  adalah  respon  dinamis  yang dihasilkan  oleh  sistem.  Input  arus  yang  digunakan  adalah sebesar  12.5  A  dengan  frekuensi  listrik  50  Hz.  Untuk mengetahui  respon  sistem  saat  terkena  perubahan  input  arus dilakukan variasi nilai yang berbeda yaitu sebesar 12.5 A, 10.5 A,  dan  14.5  A.  Selain  itu,  untuk  mengetahui  respon  sistem yang  menggunakan  material  komponen  uji  yang  berbeda,

## Simulasi dan Analisis
Electrodynamic Shaker untuk Pengujian Dinamis
A - Arm

## pada Sapuangin Speed
Devi Maharani Kosa dan Harus Laksana Guntur Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : haruslg@me.its.ac.id
I
dilakukan juga variasi material objek uji dengan material steel dan carbon fiber .
Gambar 1.  Model fisik (a) ES yang akan digunakan dengan system translasi dan (b) susunan front upper a-arm pada Sapuangin Speed.
ES yang  akan  dirancang  memiliki  sistem  translasi  dan merupakan  sistem  yang  paling  sederhana  namun  mampu memenuhi kriteria pengujian modal analysis .
Tabel 1. Parameter yang digunakan dalam perancangan ES Parameter Simbol Nilai Massa ES (kg) M1 6 kg Massa a-arm (kg) M2 0.468 kg Shaker stiffness (N/m) k1 2600 N/m A-arm stiffness (N/m) k2 27086813.24 N/m A-arm damping (Ns/m) c2 1427.12 Ns/m Electromechanical coupling α 26.68 Hambatan listrik R 0.5 Ω Stinger stiffness (N/m) k s 129877040 N/m k2 C2 k s k1 C1 X1(t) M2 M1 X2(t) Magnet Permanen Fe
Gambar 2.  Model dinamis electrodynamic shaker dan A-arm
Pada  rancangan  ES  seperti  pada  gambar  1(a)  digunakan fixture atau flexible  support pada  bagian  atas shaker . Umumnya  digunakan rubber  membrane pada  mayoritas
shaker yang  sudah  ada  sehingga  dengan  konstanta  kekakuan yang  telah  tertera  pada  katalog  dilakukan  simulasi  dengan Autodesk  Inventor  software untuk  analisa  tingkat  keamanan flexible  support .  Gerak  translasi  sistem  dihasilkan  oleh  gaya eksitasi (gaya elektromagnetik). Adapun gaya eksitasi tersebut terjadi  akibat  sistem  elektrik  pada ES .  Gaya  tersebut dihasilkan  oleh  medan  magnet  dari  kumparan  yang  dilewati oleh arus. Setelah membuat pemodelan sistem dinamis seperti pada  gambar  2,  dilanjutkan  dengan  pembuatan  persamaan gerak  untuk  analisa  tersebut  dengan  membangun free  body diagram dari  model  fisik  yang  sudah  disederhanakan. Persamaan state  variable yang  dihasilkan  dari  pemodelan dinamis  kemudian  diubah  mejadi  blok  diagram  simulasi dengan software  MATLAB  Network  R2013a .  Simulasi  ini dilakukan  untuk  mendapatkan  penyelesaian  persamaan matematis dari pemodelan sistem ES beserta objek uji. Setelah pembuatan  blok  diagram,  dilanjutkan  dengan  simulasi. Simulasi  pada  pemodelan  sistem ES dimulai  dengan  input yang digunakan berupa gaya sinusoidal, sehingga menghasilkan  output  berupa  displacement  pada  massa  utama (x 1 )  yang  akan  menjadi  input  pada  objek  uji  yang  menempel pada massa utama. Output pada objek uji berupa a-arm seperti pada  gambar  1(b)  yang  dihasilkan  adalah  displacement  (x 2 ). Kedua  pemodelan  tersebut  menghasilkan  respon  dinamis  dari sistem.  Nilai  c  ( damping  coefficient )  pada ES dengan  metode trial dan error yang  nantinya  akan  digunakan  sebagai  nilai parameter  pada  blok  diagram  sistem  yang  telah  dibuat  di MATLAB Simulink . Dari simulasi sistem rancangan ES dengan input redaman  dari  sistem,  akan  didapat  respon  dinamis berupa  perpindahan  dari input sinusoidal  sesuai  dengan karakteristik  a-arm  dengan  memodifikasi  blok  diagram  pada Simulink .  Karakteristik  a-arm  disesuaikan  dengan  output simulasi  yang  menghasilkan displacement sebesar 3 x 10 -5 m. Flexible  support yang  digunakan  adalah rubber  membrane dengan  ketebalan  0,15  inch  dan stiffness  coefficient sebesar 2600  N/m.  Setelah  didapatkan  model  dinamis,  maka selanjutnya  diperoleh  persamaan  gerak  dari  sistem  tersebut seperti berikut:
Persamaan State Variable Sistem ES
𝑣̇ = 𝑀 [− 𝑘 + 𝑘 𝑥 − 𝑐 𝑣 + 𝑘 𝑥 + 𝛼𝑖] (1)
Persamaan State Variable Sistem A-Arm 𝑣̇ = 𝑀 [−𝑘 𝑥 − 𝑐 𝑣 + 𝑘 𝑥 − 𝑘 𝑥 ] (2)
Persamaan State Variable Sistem Elektris ES
𝑖 = 𝑅 [𝑒 𝑖 − 𝐿 𝑑𝑖 𝑑𝑡 − 𝛼 𝑥̇ − 𝑥̇ ] (3)
Input sinusoidal  digunakan  untuk  melihat  respon  dinamis massa  utama  akibat  beban  harmonik,  serta  untuk  melihat waktu yang dibutuhkan sistem untuk mencapai kondisi steady state. Gaya  yang  bekerja  pada  komponen  A-Arm  merupakan gaya yang didapatkan dari mekanisme ES.
Gaya  tersebut  merupakan  input  sinusoidal  yang  mampu merepresentasikan gaya eksitasi dinamis shaker . Pada simulasi ini  juga  kemudian  dilakukan  metode trial dan error untuk mendapatkan  nilai  redaman  yang  sesuai  untuk  sistem.  Dari
input  ini  didapatkan  respon  dinamis  dari  sistem ES dan komponen A-Arm.
Gambar 3.  Output berupa (a) gaya elektris electrodynamic shaker , (b) respon perpindahan electrodynamic shaker , dan (c) respon perpindahan a-arm

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dapat dilihat dari gambar 3 bahwa respon perpindahan dari ES mempunyai  hasil  yang  lebih  besar  dibandingkan  a-arm. Pada  grafik  hasil  simulasi  sistem  menunjukkan  bahwa  objek uji  memiliki  respon  perpindahan  lebih  kecil  daripada  shaker. Hal  tersebut  dapat  disebabkan  karena  objek  uji  memiliki stiffness yang  lebih  besar.  Selain  itu,  respon  perpindahan shaker  lebih  besar  karena  gaya  elektris  terlebih  dahulu dikenakan  ke  shaker  dan  kemudian  diteruskan  ke  objek  uji. Untuk  pengaruh stinger hampir  tidak  ada  karena  rancangan stinger yang digunakan memiliki kekakuan yang sangat tinggi sehingga  tidak  menyebabkan  perpindahan  tambahan  yang besar  dari  x1  terhadap  x2.  Pada  simulasi  ini  juga  kemudian ditemukan  nilai  redaman  yang  ideal  untuk  sistem  ES  yang dirancang adalah sebesar 5000 Ns/m.

## IV. KESIMPULAN
Pada penelitian ini telah dirancang sistem  untuk pengujian dinamis  A-Arm  pada  Sapuangin  Speed  yang  memiliki koefisien stiffness oleh flexible  support sebesar  2600  N/m dengan  tebal  0,15  in  dan  koefisien damping sebesar  5000 Ns/m. Getaran yang terjadi pada sistem ini hanya terjadi pada arah  translasi.  Berdasarkan  hasil  simulasi  dan  analisis  pada sistem ES serta  komponen  a-arm,  maka  dapat  disimpulkan bahwa :
1. Desain  akhir  didapatkan  bahwa  damping  yang  terdapat pada ES tidak  hanya  disebabkan  oleh viscous  damping pada shaker  gap karena  hasil  perhitungan  redaman  hanya dengan  viscous  damping  tidak  proporsional  untuk dimanufaktur.
2. Pada  simulasi  respon  dinamis  dengan  input  sinusoidal ditunjukkan bahwa objek uji memiliki respon perpindahan lebih  baik  daripada  shaker  itu  karena  nilai  dari  respon perpindahannya  lebih  kecil.  Objek  uji  memiliki  respon perpindahan  lebih  baik  karena  memiliki stiffness yang lebih besar. Respon perpindahan shaker lebih besar karena gaya  elektris  terlebih  dahulu  dikenakan  ke  shaker  dan kemudian diteruskan ke objek uji. Untuk pengaruh stinger hampir tidak ada karena rancangan stinger yang digunakan memiliki  kekakuan  yang  sangat  tinggi  sehingga  tidak menyebabkan  perpindahan  tambahan  dari  shaker  terhadap a-arm.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] S.  S.  Rao,  Mechanical  Vibrations,  Fifth  Edition,  1  Lake  Street,  Upper Saddle River, Nj 07458: Pearson, 2011.
[2] Practical  Aspects  of  Shaker  Measurements  for  Modal  Testing,  Usa: Proceedings of Isma, 2010.
[3] Goshen,  "Mengenal  Mikrofon  Dan  Tipe  Kerjanya,"  [Online]. Available: http://www.Goshen.Co.Id/Detailberita/390-Mengenal- Mikrofon-Tipe-Dan-Cara-Kerjanya.. [4] C.  Cobi,  "Design  of  A  Carbon  Fiber  Suspension  System  for  Fsae Applications," Semantic Scholar, 2012.
[5] H.  A.  Murtadlo,  "Analisis  Kekuatan  Carbon  Fiber  Tube  A-Arm Sapuangin Speed Dengan Metode Elemen Hingga," 2016.
[6] T.  M.  Shop,  "Modal  Shaker  Selection  Guide,"  [Online].  Available: Http://Www.Modalshop.Com/Excitation.Asp?P=Modal_Shaker_Select ion_Guide&Id=344. [7] D.  M.  A.  John  W.  M.  Bush,  "Generating  Uniaxial  Vibration  with  An Electrodynamic  Shaker  And  External  Air  Bearing,"  Science  Direct, 2015.
[8] F.  P.  D.  M.  Barbieri,  "Complex  Dynamics  of  Circular  Cylindrical Shells," Elsevier, 2014.
[9] T. S. O. A. E. O. Japan, "2017 Student Formula Japan," The Society of Automotive  Engineers  of  Japan  (Jsae),  [Online].  Available: Http://Www.Jsae.Or.Jp/Formula/En/About.Html.  [Accessed  Tuesday April 2017].
[10] O. M. Engineers, Formula Student, Silverstone, 9-13 July 2014.
[11] G.  F.  Lang,  "Sound  and  Vibration,"  Electrodynamic  Shaker Fundamentals, P. 1, April 1997.
[12] Standards Secretariat, Acoustical Society of America. Methods for The Experimental  Determination  of  Mechanical  Mobility,  Part  Two: Measurements  Using  Single-Point  Translational  Excitation.  (Ansi Standards  S2.32-1982),  New  York:  Acoustical  Society  of  America, 1982.
[13] A.  P.  N.  Vivekanandan,  "Design,  Analysis  and  Simulation  Of  Double Wishbone Suspension System," June 2014.
[14] S.  S.  W.  M.  I.  E.  Daryl  Hickey,  "A  Study  of  the  Electrodynamic Shaker," International Conference On Vibration Problems, 2013.