Received 27 Nopember 2023; Received in revised form 20 March 2024; Accepted 20 March 2024 Available online 22 March 2024
Contents list available at Sinta

## A R M A T U R
: Artikel Teknik Mesin & Manufaktur
Journal homepage: https://scholar.ummetro.ac.id/index.php/armatur

## ANALISIS FATIGUE PEGAS DAUN KENDARAAN TRUCK MITSUBISHI COLT DIESEL 110 PS PENGANGKUT SAYUR DENGAN METODE ELEMEN HINGGA
Farrastio Naufal Muhamad 1* , Shafwan Fauzan 2 , Syahrul Maulana 3 , Opan 4 , Moch Faisal 5 , Rizki Fadillah 6
1,2,3,4,5,6 Prodi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Singaperbangsa Karawang, Jl. HS. Ronggo Waluyo, Telukjambe Timur, Karawang, Indonesia
A R T I C L E I N F O

## A B S T R A C T
Keywords: Fatigue Leaf springs Finite element method Leaf  springs  are  springs  that  are  used  in  vehicles shaped like a flat  plate  and then subjected to  lateral loads  that  make  the  plate  bend.  The  leaf  spring functions as a suspension system to absorb shock from the  road  surface  and  withstand  vibrations  so  that vibrations are not transmitted to the vehicle body. The failure of the leaf spring of the mitsubishi truck is due to uneven road conditions that give the maximum load on  the  rear  leaf  spring  of  the  truck,  causing  the  leaf spring  to  break  due  to  repeated  loading.  In  this research,  it  has  the  aim  of  obtaining  the  value  of equivalent  alternating  stress,  life  cycle,  fatigue sensitivity, and safety factor from testing with a load of 10000 kg. This research process is to examine the specifications  of  the  9-layer  leaf  spring.  The  test results show that the lowest life cycle is 25379 cycles, the alternating stress acting on this spring is 200 MPa. Although still lower than the yield stress of the spring with SUP 9A material, the safety factor is only 0.47 so this condition is no longer safe. This value is less than the safety standard for leaf springs, which is 3.0 to 4.5.

## Pendahuluan
Pegas daun merupakan suatu komponen  suspensi  yang  memiliki  fungsi untuk  menyerap  getaran  yang  berasal  dari permukaan  jalan  yang  dilintasi,  yang dimana permukaan jalan tersebut tidak rata. Pegas merupakan komponen yang dirancang mempunyai kekakuan yang relatif
rendah  dibandingkan  dengan  kekakuan normal  sehingga  gaya  yang  bekerja  pada pegas dapat diserap sampai batas tertentu[1].
Tujuan  dari  sistem  pegas  ini  adalah untuk  meredam  getaran  atau  kejutan  yang diakibatkan dari permukaan jalan agar tidak bergetar  menuju  badan  atau  bodi  pada
kendaraan  saat  melintasi  suatu  permukaan jalan.
Dengan  sifat  pegas  yang  elastis, pegas  berfungsi  untuk  menerima  getaran atau  goncangan  roda  akibat  dari  kondisi jalan yang dilalui dengan tujuan agar getaran atau goncangan dari roda tidak menyalur ke bodi  atau  rangka  kendaraan[2].  Dalam fungsinya,  pegas  daun  terkena  beban dinamis  (berulang)  yang  sangat  tinggi  dan mengalami kerusakan akibat kelelahan yang terjadi setelah komponen tersebut menyelesaikan fungsinya[3]. Sehingga dalam  pemilihan  material  dan  desain  perlu dicermati  lebih  baik.  Biasanya,  pegas  daun terbuat  dari  baja  seperti  baja  EN45,  EN47,
70Si7, 50Cr4V2, 55SiCr7,
dan 50CrMoCV4.  Namun,  meskipun  bahan mentah masih tersedia, bahan tersebut tidak berkelanjutan  sehingga  penggunaan  bahan tersebut semakin dipertimbangkan[4]. Pegas daun  harus  menyerap  getaran  vertical, guncangan,  dan  beban  kejut  melalui setengah defleksi sehingga energi potensial disimpan  pada  pegas  daun  sebagai  energi regangan  dan  kemudian  dilepaskan  secara perlahan.  Karena  itulah  kemampuan  untuk menyimpan energi regangan elastis
merupakan kriteria terpenting ketika memilih bahan pada pegas daun[5].
Kemudian  dalam  melakukan  desain pada pegas daun, tentunya perlu memerhatikan berbagai hal yang mempengaruhi dari pembebanan pada pegas daun  karena  pegas  daun  memiliki  fungsi untuk  menyerap  pembebanan  yang  terjadi. Adapun  beberapa  hal  yang  perlu  diketahui dalam pengaruh pembebanan yaitu:
1. Tegangan rata – rata Tegangan ini berhubungan langsung dengan equivalent  alternating  stress yang dimana dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 1. Bentuk Tegangan Siklik
Dengan persamaan atau rumus:
a. Tegangan Amplitudo σa = σmax−σmin (1) b. Tegangan rata – rata σm = σmax+σmin/2 (2) c. Rasio tegangan R= σmin/ σmax (3)
2. Pengaruh Amplitudo Amplitudo  tegangan  mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap umur kelelahan  logam.  Estimasi  kelelahan pada beban yang kompleks atau berfluktuasi  seringkali  didasarkan  pada kerusakan  non-linier,  yang  sekarang dikenal sebagai hukum Miner
3. Pengaruh Frekuensi Pembebanan
Pengaruh  frekuensi  dapat  dilihat pada  pengujian  kelelahan  logam  pada frekuensi ± 500 hingga 10.000 siklus/menit. Jarak ini tidak mempengaruhi  kekuatan  lelah  material. Misalnya, pengujian kelelahan baja pada frekuensi  200 hingga 5.000 siklus/menit tidak  berpengaruh  pada  batas  kelelahan, namun  frekuensi  100.000  siklus/menit meningkatkan batas kelelahan
4. Pengaruh Kondisi Material Deformasi mikroplastik terjadi selama  inisiasi  retak  lelah.  Oleh  karena itu,  komposisi  kimia  dan  struktur  mikro material sangat mempengaruhi ketahanan  deformasi  plastis,  yang  juga mempengaruhi kekuatan lelah.
Dalam  penelitian  ini,  dilakukan analisa fatigue pada  pegas  daun  dengan menggunakan  metode  elemen  hingga. Pendekatan  numerik  yang  disebut  metode elemen  hingga  digunakan  dalam  bidang teknik  untuk  mengatasi  berbagai  masalah [6]. Dengan kata lain, metode elemen hingga menggunakan bilangan untuk menyelesaikan masalah keteknikan. Karena metode  elemen  hingga  adalah  metode numerik  untuk  menghitung  luas  struktur kontinu,  kesalahan  pasti  terjadi.  Adapun kesalahan yang pasti terjadi jika menggunakan metode hingga adalah:
1. Komputasi
Hal ini disebabkan adanya perhitungan dan perumusan kode pemrograman.  Kebanyakan  kode  elemen hingga berfokus pada pengurangan kesalahan,  sehingga  analisisnya  hanya berfokus pada diskritisasi.
2. Diskritasi Bentuk  dan  penempatan  struktur sebenarnya  terus  berubah.  Memodelkan struktur  menggunakan  sejumlah  elemen terbatas dapat menimbulkan kesalahan saat menyesuaikan  geometri  dan  distribusi penempatan.
Gambar 2. Perbedaan model (kiri) ideal dan elemen hingga (kanan)
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan software ANSYS  untuk meneliti  tingkat fatigue pada  pegas  daun. ANSYS  merupakan  salah  satu  software kaya fitur yang sangat berguna sebagai alat analisis  untuk  digunakan  dalam  bidang teknik.  Perangkat  lunak  ini  banyak digunakan  oleh  para  insinyur  untuk mensimulasikan  berbagai  bidang  fisika, termasuk  analisis  struktur  statis  dan dinamis,  linier dan nonlinier, perpindahan panas, mekanika fluida,
dan elektromagnetisme. Perangkat  lunak  ANSYS  bekerja dengan  metode  elemen  hingga.  Analisis suatu  benda  dilakukan  dengan  cara mendiskritisasi atau membagi benda tersebut  menjadi  bagian-bagian  (elemen) yang  lebih  kecil  dengan  menggunakan elemen hingga yang jumlahnya terbatas.

## Metode Penelitian

## A. Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium  Fakultas  Teknik,  Universitas Singaperbangsa Karawang

## B. Peralatan Yang Digunakan
Adapun  peralatan  yang  digunakan dalam proses penelitian ini yaitu laptop dell intel  core  i7  8GB  dan software yang digunakan adalah Solidworks dan ANSYS
C. Prosedur Penelitian
Dalam suatu penelitian, tentu memiliki  tahapan  tahapan  yang  perlu dilakukan demi berjalannya proses penelitian.  Dalam  penelitian  ini  dilakukan beberapa  tahapan  yang  dapat  dilihat  pada diagram alir Gambar 3.
Mulai Studi Literatur Survey Spesifikasi Dimensi dan Material Pegas Daun Pemodelan Dibuat Dengan Solidwork 2020 dan imulasi
Ansys Workbench 2023 R1
Penentuan Boundary Condition Pada Simulasi
Beban 10000kg

## Gambar 3. Diagram Alir Penelitian
1. Proses study literature
Proses  ini  yaitu  menyiapkan  materi yang  akan  digunakan  dalam  proses penelitian  ini.  Materi  –  materi  yang dikumpulkan  diperoleh  dari  jurnal jurnal  atau  buku  yang  membahas tentang  konsep  pada  pegas  daun maupun tentang konsep pembebanan.
2. Proses survey
Pada proses ini, melakukan tinjauan langsung  ke  tempat  lapangan  untuk mengetahui  kondisi  pegas  daun  yang murni  sebelum  dikembangkan  atau dimodifikasi dan sesudah dimodifikasi
3. Proses  pengumpulan  data  spesifikasi dimensi dan material pada pegas daun Proses  ini  yaitu  melaksanakan pengukuran  dimensi  di  setiap  lapisan pegas daun dan memilih  jenis  material
yang akan digunakan pada pegas daun
4. Proses pemodelan dan simulasi Proses  ini  yaitu  membuat  suatu model  pegas  daun  yang  akan  di  uji simulasi. Proses pemodelan ini menggunakan software solidworks, kemudian  dilakukan  simulasi  dengan menggunakan software ANSYS.
5. Proses  penentuan Boundary  Condition
Pada proses ini, dilakukan penentuan kondisi  batas  pada  simulasi  dengan menentukan beban, menentukan material, dan menentukan mesh.
Adapun  beban  yang  digunakan  yaitu 10000 kg
6. Proses Pemilihan solusi Proses  ini  menentukan  solusi  yang dimana hasil apa yang mau ditampilkan oleh software ANSYS.  Adapun  solusi yang  dipilih  yaitu fatigue  tool,  life, alternating  stress,  safety  factor, dan fatigue sensitivity.
7. Proses Analisa
Proses  ini  yaitu  menganalisa  data yang  sudah  dimasukkan  sesuai  dengan jenis material yang akan disimulasikan. Proses analisa kemampuan material ini menggunakan  FEA  sehingga  hasil  nya akan  dapat  dibentuk  kesimpulan  dari proses yang sudah didapat.

## D. Pengambilan Data
Pengambilan  data  dengan  metode elemen  hingga  dilakukan  pada  level penggambaran model dengan menggunakan software Solidworks  yang  dimana  dapat dilihat pada gambar dibawah.
A B
Pemilihan solusi : Fatigue Tool Life, Alternating Stress, Safety Factor, Dan Fatigue Sensitivity
Apakah Solusi Yang Didapat Seperti Yang Diharapkan? Analisa Kesimpulan Selesai Tidak Ya

## Gambar 5. Model pegas daun 3D
Pada  pembuatan  pegas  daun  ini, model pegas  daun dibuat dengan baja SUP 9A  atau  JIS,  pemodelan  gambar  dengan menggunakaan  software  Solidworks,  dan model  ini  dianalisis  dengan  menggunakan software  ANSYS.  Sebelum  melakukan simulasi,  ada  beberapa  proses  yang  harus dilalui, yaitu sebagai berikut:
1. Project
Proses  ini menentukan jenis project apa  yang  akan  digunakan  dalam penelitian  ini.  Dalam  hal  ini, project yang dipilih adalah static structural .
2. Engineering Data
Proses  ini  untuk  memilih  material yang  akan  diuji. Engineering  Data
memiliki S-N Curve karena saat di solve untuk fatigue  tool tidak  berada  di tabular, data  tersebut  akan  mengalami error ketika  ingin  melihat report review.
3. Geometry
Proses  ini  adalah  pemilihan  model yang  akan  disimulasikan.  Tampilan geometri  dapat  dilihat  pada  gambar dibawah.
4. Mesh
Di  penelitian  ini,  jenis mesh yang digunakan  adalah refinement  mesh . Pemilihan refinement mesh pada penelitian ini dilakukan dengan menempatkannya  pada  12  lubang penahan dan lubang tengah pegas daun dengan menghasilkan nodes 16256 dan 6081 elements.
Gambar 6. Model setelah di Mesh

## 5. Memilih beban dan support
Pada  penelitian  ini  menggunakan  tipe fixed  support  yang  diletakkan  di  dua lubang  pegas  daun  dan  dilakukan dengan  pembebanan  10000kg  yang diubah menjadi satuan newton .
Gambar 7. Fixed Support pada lubang pegas daun
Gambar 8. Pembebanan pada pegas daun

## 6. Solution
Proses selanjutnya adalah pemilihan solusi  yang  ingin  digunakan.  Pada proses  ini,  solusi  yang  dipilih  adalah equivalent  alternating  stress , life ,  dan safety factor .

## Hasil dan Pembahasan

## A. Pembebanan pada pegas daun
Pengumpulan  data  menggunakan elemen hingga didukung dengan penggunaan  software  ANSYS  Workbench untuk  simulasi,  yang  menentukan  semua parameter  yang  diperlukan  seperti  masa pakai,  faktor  keselamatan,  dan  sensitivitas kelelahan.  Material  pegas  daun  kendaraan truk mitsubishi yang diteliti adalah material SUP9A  sama  dengan  SAE1541_362_QT pada data desain ANSYS. Adapun spesifikasi material dapat dilihat pada tabel berikut.

## Tabel 1. Spesifikasi Material SUP 9A
No. Spesifikasi Nilai 1 Ultimate Strength (MPa) 1226 2 Yield Strength (MPa) 1080 3 Modulus of Elasticity (GPa) 200-215 4 Poisson Ratio 0.29 5 Density (kg.m 3 ) 7800

## Tabel 2. Spesifikasi Material SAE1541_362_QT
No Spesifikasi Nilai 1 Ultimate Strength (MPa) 1200 2 Yield Strength (MPa) 1096 3 Modulus of Elasticity (GPa) 207 4 Poisson Ratio 0.3
5 Density (kg.m 3 ) 7850

## B. Simulasi Beban
Hasil  simulasi  beban  10000kg menunjukkan umur pegas 9 lapis mencapai maksimum 1 x 10 6 siklus dan dan minimum menjadi  25379 cycle .  Dari  simulasi  pada beban  10000  kg  pada  kedua  pegas  daun masih aman karena umur minimum masih 1 x 10 6
Gambar 9. Life Pegas Daun 9 Lapisan Dengan beban 10000 kg
Simulasi selanjutnya dilakukan mencari alternating stress (σa). Alternating stress pada  pegas  daun  lapisan  9.  Dapat dilihat pada Gambar 4.3 menunjukkan nilai maksimum sebesar 200,5 MPa dan minimum sebesar 0.83 MPa. Dari hasil yang diperoleh dapat dikatakan bahwa pegas daun 9 lapisan ini masih aman dikarenakan masih jauh  dibawah  nilai yield  strength material SUP 9A dengan nilai 1018 MPa
Gambar 10. Alternating Stress pegas daun 9 lapisan 10000kg
Simulasi  selanjutnya  adalah  simulasi safety factor . Untuk nilai safety factor pegas daun  dalam  kondisi  beban  dan  lingkungan yang tidak pasti. Adapun hasil dari simulasi didapatkan  bahwa  baik  pada  lapisan  9
memiliki nilai minimum safety factor yaitu 0,42982 dan maksimum 15.
Gambar 11. Safety Factor pegas daun 9 lapisan
10000kg
Adapun
untuk nilai fatigue sensitivity diplot sebagai fungsi beban pada lokasi-lokasi  utama  dalam  model,  di  mana menunjukkan Loading  History sebesar 6524,1 cycle dengan beban 10000 kg
Gambar 12. Fatigue Sensivity pada pegas daun 9 lapisan 10000kg

## C. Total Simulasi Beban 10000kg
Tabel 3. Simulasi Alternating Stress No Alternating Stress 10000kg 1 Maksimum 200 MPa 2 Minimum 0,83 MPa Tabel 4. Simulasi Alternating Stress No Life 10000kg 1 Maksimum 106 2 Minimum 25379
Dari  tabel  diatas,  menunjukkan bahwa  umur  kelelahan  semakin  berkurang seiring  bertambahnya  beban,  dan  semakin tinggi alternating  stress yang  dihasilkan maka  semakin  mempengaruhi  umur  pegas daun.  Umur  maksimum  pegas  daun  adalah 10 6 siklus untuk pegas daun 9 lapisan. Jadi, pegas  daun  dengan life aman  terdapat  di pegas  daun  9  lapisan  dengan  nilai alternating stress 200 MPa.
Gambar 13. Grafik S-N
Dari  grafik  tersebut  dapat  diketahui bahwa semakin tinggi tegangan maka umur akan semakin menurun.
Tabel 5. Simulasi Safety factor No Safety Factor 10000kg 1 Maksimum 15 2 Minimum 0,42982
Berdasarkan  tabel  diatas,  dapat diketahui  bahwa semakin naik  beban maka akan  semakin  menurun  nilai safety  factor nya

## D. Kesimpulan
Setelah melakukan penelitian dengan simulasi hingga mendapatkan hasil, diperoleh  beberapa  kesimpulan  antara  lain, perhitungan  umur  (life)  untuk  beban 10000kg  menunjukkan  bahwa  nilai  umur pegas  daun  masih  melebihi  syarat  umur minimum baja, yaitu 106. Nilai alternating
stress pada  tiap  pegas  daun  pembebanan 10000kg  berada  di  bawah  nilai  tegangan luluh  dari  material  SUP  9A,  yaitu  sebesar 1080 MPa. Pada simulasi safety factor , nilai terendah  pada  pembebanan  10000  kg  yaitu 0,42982.  Dari  tiap  jenis  simulasi,  dapat diketahui  bahwa  area  kritis  yang  harus diperhatikan adalah daerah penahan dikarenakan nilai life dan safety factor yang rendah.
Referensi:
[1] Hidayat,  T.  (2012).  Analisa  Kegagalan
Pegas  Daun  (Leaf  Spring)  Pada  Toyota Kijang Kapsul 7K-EI Tahun 2000. Simetris:  Jurnal  Teknik  Mesin,
Elektro dan Ilmu Komputer , 1 (1), 1-8.
[2] Setiawan,  I.,  &  Nur,  M.  S.  (2008).
Meningkatkan  Mutu  Baja  Sup  9  Pada Pegas  Daun  Dengan  Proses  Perlakuan
Panas. SINTEK  JURNAL: Jurnal Ilmiah Teknik Mesin , 2 (2).
[3] Thamrin,  I.  (2009).  Analisa  tegangan- regangan  struktur  pegas  daun  akibat modifikasi  penekanan. Jurnal  Rekayasa
Mesin , 9 (1), 018-022.
[4] Kusmiran,  A.,  &  Desiasni,  R.
(2020). Pengaruh Orientasi Serat Komposit  E-glass  Epoxy  terhadap  Sifat Mekanik  Pegas  Daun  Tunggal  dengan Metode Elemen Hingga. jurnal TAMBORA , 4 (1), 57-62.
[5] Kumar,  M.  S.,  &  Vijayarangan,  S.
(2007).  Static  analysis  and  fatigue  life prediction  of  steel  and  composite  leaf spring for light passenger vehicles.
[6 Moaveni,  S.  (2011). Finite  element analysis  theory  and  application  with ANSYS, 3/e . Pearson Education India.
[7] Tadesse,  B.  A.,  &  Fatoba,  O.  (2022). Theoretical  and  finite  element  analysis
(FEA) of coated composite leaf spring for heavy-duty  truck  application. Materials
Today: Proceedings , 62 , 4283-4290.
[8] Bathe,  K.  J.  (2006). Finite  element procedures . Klaus-Jurgen Bathe.
[9] Jacob,  G.  J.,  &  Deepak,  M.  (2017). Design and Analysis of Leaf Spring in a
Heavy Truck. M. Tech (machine design)
Student,
Dept. of Mechanical
Engineering,  Kakinada  Institute  Of Engineering  And  Technology,(IJITR) INTERNATIONAL JOURNAL OF INNOVATIVE  TECHNOLOGY  AND
RESEARCH Volume , (5), 7041-704.
[10] Hareesh, K., & Thillikkani, S. (2015). Design  and  Analysis  of  Leaf  Spring- Using  FEA  Approach. International Journal  of  Scientific  Engineering  and Technology , 4 (3), 197-200.