Optimasi Desain Perangkat Intelligent Railway Vibration Monitor System [IRV-MS] Menggunakan Metode Modal Analysis.

Fabian Hanif Kurniawan, Dr.Eng. Agustinus Winarno, ST, M.Eng.

2025 | Tugas Akhir | D4 TEKNOLOGI REKAYASA MESIN

Perangkat Intelligent Railway Vibration Monitor System (IRV-MS) merupakan alat krusial dalam pemantauan kondisi perkeretaapian melalui getaran. Akan tetapi, alat tersebut menghadapi tantangan berupa ketidakakuratan pembacaan data getaran, terutama pada rentang frekuensi 30-80 Hz. Masalah ini timbul akibat fenomena resonansi pada struktur internal perangkat, khususnya pada Printed Circuit Board (PCB), di mana frekuensi alaminya bertepatan dengan frekuensi kerja sistem. Penelitian ini bertujuan untuk mengoptimalkan desain mekanik IRV-MS guna menghilangkan pengaruh resonansi sehingga dapat meningkatkan akurasi pengukuran. Metode yang digunakan adalah analisis modal (modal analysis) berbantuan perangkat lunak ANSYS dengan pendekatan Finite Element Analysis (FEA). Tahapan penelitian meliputi modal analysis pada desain awal untuk mengidentifikasi frekuensi alami kritis dan modus getar, analisis Strain Energy Density (SED) untuk menentukan area struktur yang paling lemah, perancangan tiga varian tumpuan penguat, dan modal analysis pasca-optimasi untuk memvalidasi efektivitas desain baru. Hasil analisis awal berhasil mengidentifikasi frekuensi alami kritis pada 63,05 Hz, yang selaras dengan data kalibrasi perangkat fisik. Setelah optimasi, ketiga desain tumpuan berhasil menggeser frekuensi alami pertama hingga di atas 100 Hz. Desain 3 terbukti menjadi solusi paling unggul dengan menaikkan frekuensi alami menjadi 288,69 Hz dan mereduksi amplitudo deformasi maksimum hingga 0,18?ri kondisi awal. Dengan demikian, optimasi desain melalui penambahan tumpuan terbukti efektif dalam mengatasi masalah resonansi, serta secara signifikan meningkatkan stabilitas dinamis dan potensi keakuratan perangkat IRV-MS. 

The Intelligent Railway Vibration Monitor System (IRV-MS) is a crucial device for monitoring railway conditions, yet it faces challenges with the inaccuracy of its vibration data readings, particularly within the 30-80 Hz frequency range. This problem is hypothesized to arise from resonance phenomenon within the device's internal structure, specifically the Printed Circuit Board (PCB), where its natural frequency coincides with the system's operational frequency. This research aims to optimize the mechanical design of the IRV-MS to eliminate the influence of resonance, thereby improving measurement accuracy. The methodology employed is modal analysis, facilitated by ANSYS software, using a Finite Element Method approach. The research stages included an initial modal analysis of the original design to identify critical natural frequencies and mode shapes, a Strain Energy Density (SED) analysis to pinpoint the weakest structural areas, the design of three stiffener support variants, and a post-optimization modal analysis to validate the new designs' effectiveness. The initial analysis successfully identified a critical natural frequency at 63.05 Hz, which aligned with the physical device's calibration data. Following optimization, all three support designs successfully shifted the first natural frequency to above 100 Hz. Design 3 proved to be the most superior solution, increasing the natural frequency to 288.69 Hz and reducing the maximum deformation amplitude to just 0.18% of the original state. Thus, design optimization through the addition of support is proven to be effective in resolving the resonance issue, significantly enhancing the dynamic stability and potential accuracy of the IRV-MS device. 

Kata Kunci : Intelligent Railway Vibration Monitor System, Optimasi Desain, Modal Analysis, Frekuensi Alami, Resonansi, Finite Element Analysis (FEA).