## PEMANFAAT FREKUENSI BUNYI MATERIAL SEBAGAI DASAR PENGUJIAN MODULUS ELASTISITAS PADA PENGUJIAN TANPA MERUSAK
( NON DESTRUCTIVE TEST )
M. Fahrur Rozy H. 1 , Abdul Hadi Djaelani 2 , Moch. Agus Choiron 2
1 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember
2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang
Email: fahrur.rozy.hentihu@gmail.com

## ABSTRACT
Elastic modulus of material are usually obtained from tensile test. Tensile test categorized as destructive test. One of destructive test weakness is the testing specimen can not be reused. So we need alternative on elastic  modulus  test  without  damaging  the  specimen  (non  destructive  test).  This  research  aims  to determine whether the sound frequency of material can be used as a basic for elastic modulus test as a non  destructive  test.  On  this  research,  two  different  test  performed  on  the  same  specimen.  First  test  is testing elastic modulus using sound frequency test (non destructive test) and second test is testing elastic modulus  using  tensile  test  (destructive  test).  Percentage  error  obtained  from  comparing  percent  error between  those  two  tests.  The  results  showed,  in  testing  the  elastic  modulus  of  brass  specimen  has  an error  percentage  of  10.33%,  in  testing  the  elastic  modulus  of  aluminium  specimen  has  an  error percentage  of  4.39%,  and  in  testing  the  elastic  modulus  of  steel  specimen  has  an  error  percentage  of 1.89%.

## Keywords: Elastic modulus, Non destructive test, Sound frequency

## PENDAHULUAN
Modulus elastis atau modulus Young dinyatakan sebagai  perbandingan  antara  tegangan  dan  regangan dalam  batas  elastis.  Modulus  elastis  merupakan karakteristik  suatu  logam  tertentu,  karena  setiap  logam mempunyai modulus elastis yang berbeda. Makin besar modulus  elastis  makin  kecil  regangan  elastik  yang dihasilkan  akibat  pemberian  tegangan.  Makin  besar gaya tarik menarik antara atom logam makin tinggi pula modulus  elastisnya.  Gaya-gaya  ini  tidak  dapat  berubah tanpa terjadi perubahan yang mendasar sifat bahannya.
Modulus elastis suatu  material biasanya didapat dari  proses  uji  tarik.  Uji  tarik  sendiri  dikategorikan sebagai pengujian merusak ( destructive test ). Kelemahan  pengujian  yang  merusak  adalah  spesimen pengujian  tidak  dapat  digunakan  kembali  karena  telah mengalami kerusakan pada saat proses pengujian.
Pengujian  tanpa  merusak  ( non  destructive  test ) untuk  mendapatkan  modulus  elastis  material  dapat dilakukan dengan cara mengukur frekuensi getaran dari suatu  benda  padat.  Penghitungan  modulus  elastis menggunakan persamaan yang digunakan pada penelitan yang dilakukan oleh McIntyre and Woodhouse [1], yaitu suatu metode untuk mengestimasikan modulus elastis (E), poisson ration (v) dan modulus geser (G) suatu material.
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk mengetahui  berapa  besar  prosentase  kesalahan  pada pengujian  modulus  elastis  menggunakan  frekuensi  bunyi dibandingkan dengan menggunakan uji tarik.

## METODOLOGI PENELITIAN
Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah pengujian modulus elastis menggunakan uji tarik
dan  uji  frekuensi  bunyi.  Untuk  pengujian  tarik dilakukan di Laboratorium Laboratorium Uji Bahan Universitas  Brawijaya  Malang.  Sedangkan  untuk pengujian frekuensi bunyi dilakukan di GZZ Musik Studio Malang.
Pembuatan  spesimen  pengujian  dilakukan di  Laboratorium  Produksi  Universitas  Brawijawa Malang.  Seluruh  ukuran  spesimen  menggunakan standar  ASTM  [2].  ASTM  A  370  untuk  spesimen baja,  ASTM  B  557  untuk  spesimen  tembaga,  dan ASTM E 8 untuk spesimen aluminium.
Gambar 1. Spesimen Uji Tarik Baja ASTM A 370 Sumber : ASTM Handbook
Dalam  penelitian,  dilakukan  2  pengujian tambahan  untuk  mengetahui  pengaruh  perbedaan tumpuan dan perbedaan pemukul terhadap frekuensi bunyi  yang  digunakan  sebagai  dasar  pengujian modulus elastis.
Secara  keseluruhan,  instalasi  penelitian  dalam pengujian frekuensi bunyi seperti Gambar 2.
Gambar 2. Instalasi pengujian frekuensi bunyi Keterangan :
1. 1 Unit Komputer
2. ADC Soundcard
3. Microphone
4. Pemukul
5. Spesimen
6. Dudukan specimen
Bunyi yang dihasilkan oleh spesimen ditangkap  oleh microphone kemudian  di  konversikan menjadi  data  digital  oleh  ADC Soundcard dan  data disimpan  ke  dalam  komputer.  Untuk  perbedaan tumpuan, instalasinya seperti Gambar 3.
Gambar 3. Instalasi 3 tumpuan yang berbeda
Sedangkan perbedaan pada pemukul terdapat pada bahan dari pemukul.  Bahan pemukul terbuat dari kayu, plastik  dan  bahan  spesimen  itu  sendiri.  Sebelum penelitian  dilakukan  terlebih  dahulu  dilakukan  proses kalibrasi  terhadap  alat  ukur  frekuensi.  Proses  kalibrasi dilakukan  dengan  membandingkan  frekuensi  yang ditangkap  oleh  alat  ukur  frekuensi  dengan  frekuensi yang  dihasilkan  oleh  nada keyboard .  Hasil  pengukuran frekuensi bunyi dapat dilihat pada Gambar 4.
Tabel 1. Frekuensi hasil pengukuran
Dengan melihat Tabel 1 dapat kita simpulkan bahwa hasil  pengukuran  frekuensi  memiliki  perbedaan  1 Hz  dibandingkan  dengan  frekuensi  keyboard. Sehingga  untuk  pengujian-pengujian  berikutnya, frekuensi hasil pengukuran ditambah 1 Hz.
Gambar 4. Hasil pengukuran frekuensi bunyi proses kalibrasi

## HASIL DAN PEMBAHASAN Penghitungan Massa Jenis Spesimen
Proses  penghitungan  massa  jenis  spesimen dilakukan dengan mengukur massa dan volume dari spesimen  terlebih  dahulu.  Pengukuran  massa spesimen dilakukan dengan menggunakan timbangan digital dan pengukuran volume spesimen menggunakan software AutoCad.  Massa  jenis spesimen  didapat  dari  pembagian  massa  dengan volume  spesimen.  Hasil  penghitungan  massa  jenis spesimen terlihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Massa jenis spesimen
Proses selanjutnya adalah pengujian frekuensi  bunyi  pada  tumpuan  yang  berbeda.  Hasil pengukuran  frekuensi  bunyi  pada  3  tumpuan  yang berbeda tersebut tertulis pada Tabel 3.
Tabel 3. Frekuensi bunyi pada tumpuan berbeda
Hasil  pengukuran  frekuensi  bunyi  pada  3  pemukul yang  berbeda  ternyata  tidak  ada  perbedaan  pada frekuensi  bunyi  yang  dihasilkan.  Hasil  pengukuran sama  persis  dengan  pengukuran  frekuensi  bunyi pada  3  tumpuan  yang  berbeda.  Hasil  pengukuran tersebut tertulis pada tabel 4.
Tabel 4. Frekuensi bunyi dengan pemukul berbeda
Dua  pengujian  diatas  menunjukkan  bahwa perbedaan  tumpuan  dan  perbedaan  pemukul  tidak menyebabkan  perubahan  pada  frekuensi  bunyi  yang dihasilkan  oleh  spesimen.  Tidak  adanya  perbedaan frekuensi  bunyi  pada  perbedaan  tumpuan  disebabkan oleh redaman yang terjadi sangat kecil sehingga getaran spesimen  hampir  tak  teredam  sama  sekali.  Redaman yang sangat kecil disebabkan oleh sistem tumpuan yang menggunakan sistem gantung. Sistem gantung membuat spesimen  dapat  bergerak  bebas,  sehingga  faktor redaman nya sangat kecil. Pada sistem Pada instalasi ke dua  seharusnya  memiliki  redaman  paling  kecil.  Akan tetapi  karena  redaman  yang  terjadi  sangat  kecil  sekali sehingga  tidak  ada  perbedaan  frekuensi  bunyi  yang dihasilkan baik pada tumpuan 1, 3 dan tumpuan 2. Pada pemukul  dengan  bahan  yang  berbeda,  juga  tidak terdapat  perbedaan  pada  frekuensi  yang  diukur.  Bunyi hasil tumbukan dari pemukul dengan spesimen, ternyata kalah  dominan  dibandingkan  dengan  bunyi  spesimen hasil  pemukulan.  Sehingga  alat  pengukuran  hanya menangkap  frekuensi  bunyi  spesimen  yang  lebih dominan  dibandingkan  bunyi  hasil  tumbukan  pemukul dan spesimen.
Pengujian berikutnya adalah pengujian frekuensi  bunyi  untuk  pengujian  modulus  elastis. Penghitungan modulus elastis menggunakan persamaan McIntyre and Woodhouse[2]:
Keterangan: υ = bilangan poisson f o = frekuensi ring vibrational mode (Hz) f n = frekuensi natural / frekuensi bunyi (Hz) E = modulus elastis (Pa) ρ = massa jenis (kg/m 3 ) l = panjang spesimen (m) h = tebal spesimen (m)
Dari  persamaan  di  atas,  bilangan  poisson  (υ)  didapat dari  tabel,  frekuensi  ring  vibrational  mode  ( f o )  didapat dari perhitungan, frekuensi natural / frekuensi bunyi ( f n ) didapat dari pengujian, E dari perhitungan,  massa jenis (ρ) dari perhitungan, l dan h dari pengukuran.
Gambar  pengukuran  frekuensi  bunyi  dari  baja, aluminium dan kuningan terlihat pada Gambar 5, 6 dan 7. Hasil penghitungan modulus elastis spesimen dengan tumpuan yang berbeda dituliskan pada tabel 5.
Tabel  5.  Modulus  elastis  (uji  frekuensi  dengan tumpuan berbeda
Gambar 5. Hasil pengukuran frekuensi bunyi spesimen baja
Gambar 6. Hasil pengukuran frekuensi bunyi spesimen aluminium
Gambar 7. Hasil pengukuran frekuensi bunyi spesimen kuningan
Setelah  spesiman  di  uji  frekuensi  bunyi  ( non destructive test ) dan kemudian dihitung modulus elastis, pada  spesimen  tersebut  dilakukan  uji  tarik  untuk mendapatkan  nilai  modulus  elastis  dari  uji  tarik ( destructive test ). Hasil uji tarik baja dapat dilihat pada tabel 6.
Tabel 6. Uji Tarik Spesimen Baja
Dari  Tabel  6  dapat  dibuat  kurva  tegangan-regangan seperti terlihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Kurva tegangan-regangan spesimen baja
Pada  pengujian  juga  didapatkan  tegangan yield σ y sebesar  387,5  kN/mm 2 ,  sehingga  modulus  elastis spesimen baja dapat dihitung menggunakan persamaan:
% 100  

y y  
Keterangan: E = modulus elastis (Pa) σ y = tegangan yield kN/mm 2 ε y = regangan yield (%)
Dari persamaan tersebut, didapatkan modulus elastis spesimen  baja  sebesar  193,75  G  Pa.  Dengan pengujian  yang  sama,  modulus  elastis  spesiman aluminium  sebesar  72,22  G  Pa  dan  modulus  elastis spesimen kuningan sebesar 108,335 G Pa.
Dari  pengujian  modulus  elastis  menggunakan uji  frekuensi  bunyi  dan  uji  tarik,  dapat  kita  lihat besarnya  prosentase  kesalahan  pada  pengujian tersebut.  Prosentase  kesalahan  yang  terjadi  dapat kita lihat pada Tabel 7
Tabel  7.  Tingkat  kesalahan  pengujian  modulus elastis
Pada  Tabel  7  dapat  kita  lihat  bahwa  pengujian modulus  elastis  menggunakan  uji  frekuensi  bunyi memiliki prosentase kesalahan yang bervariasi. Pada pengujian  modulus  elastis  kuningan  memiliki prosentase  kesalahan  hingga  10,33%,  tetapi  pada pengujian  modulus  elastis  baja  memiliki  prosentase kesalahan  hanya  1.89%.  Prosentase  kesalahan  yang terjadi pada pengujian pengujian modulus elastis (uji frekuensi  bunyi)  disebabkan  oleh  asumsi  pada persamaan  yang  dipakai  pada  pengujian  tersebut. Spesimen  yang  dipakai  diasumsikan  homogen. Tingkat  akurasi  alat  ukur  juga  dapat  menyebabkan tingginya prosentase  kesalahan. Alat ukur frekuensi tidak  dapat  menunjukkan  hasil  dengan  angka dibelakan koma.

## KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan pengujian modulus elastis menggunakan uji tarik dan uji frekuensi bunyi, dapat disimpulkan bahwa frekuensi bunyi dapat digunakan sebagai  dasar  untuk  pengujian  modulus  elastisitas pada pengujian tanpa merusak ( non destructive test ). Penggunaan  variasi  tumpuan  dan  pemukul  tidak mempengaruhi hasil uji frekuensi bunyi. Saran  yang  dapat  diberikan  untuk  penelitian selanjutnya antara lain adalah dengan
menggunakan alat ukur frekuensi yang lebih akurat dengan  harapan  dapat  mendapatkan  hasil  yang lebih baik. Juga dapat dilakukan dengan menggunakan  tumpuan  yang  berbeda  dan  ukuran spesimen yang bervariasi untuk mendapatkan hasil yang berbeda.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]ASTM  Handbook  Comitee.  1982. 1982  Annual Book  of  ASTM  Standarts  Part  9 .  Philadelphia American Society for Testing Material
[2]McIntyre,  M.E.,  Woodhouse,  J.,  1988. On measuring  the  elastic  and  damping  constants  of orthotropic sheet materials . Acta Metall. Vol 36,
No 6. Great Britain.