## ANALISA PENGARUH JUMLAH SPOKE DAN KETEBALAN FLANGE TERHADAP KEKUATAN VELG MOBIL BERBASIS ALUMINIUM ALLOY MENGGUNAKAN SIMULASI NUMERIK
Harri Rusadi Dalimunthe 1 , Bustami Syam 2 , M. Sabri 3 , Ikhwansyah Isranuri 4 , Mahadi 5 1,2,3,4,5 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Jalan Almamater, Medan 20155 Email: h4rry_rusadi@yahoo.com

## ABSTRAK
Velg pada mobil adalah kerangka dari sebuah roda yang menahan gaya dan tegangan akibat dari berat kendaraan dan impak atau pukulan dari permukaan jalan. Pukulan dari permukaan jalan tersebut dapat mengakibatkan  terjadinya  tegangan  dan  deformasi  pada  velg.  Velg  paduan  aluminium  mempunyai daerah yang dinamakan area kritis terletak di daerah hub , spoke , dan flange . Salah satu kekuatan velg dalam  menerima  tegangan  dipengaruhi  oleh  jumlah spoke .  Tujuan  dari  penelitian  ini  untuk membandingkan  antara  velg  standar  dan  velg  modifikasi  untuk  mencari  desain  yang  paling  optimal. Penelitian  ini  melakukan  analisis  pengaruh  jumlah spoke 10,  12,  14  dan  jumlah spoke 10,  12,  14 disertai  penambahan  ketebalan  pada  daerah flange sebesar  3  mm  pada  velg  mobil.  Velg  dimodel dengan  menggunakan  AutoCAD  dan  disimulasi  menggunakan  software  ANSYS  14.0 Workbench yang  berbasis Finite  Element  Method (FEM)  untuk  melakukan  proses  analisis.  Pada  penelitian  ini, berhasil  ditemukan  bahwa  velg  mobil  dengan  jumlah spoke 10  disertai  penambahan  ketebalan  pada daerah flange sebesar 3 mm adalah desain yang paling baik dan optimal dibandingkan dengan desain lainnya.  Tegangan  maksimum  yang  terjadi  sebesar  52,148  MPa  dan  deformasi  maksimum  yang terjadi sebesar 0,5393 mm.

## Kata kunci: Jumlah spoke, Tegangan, Software ANSYS

## 1. PENDAHULUAN
Velg  adalah  komponen  utama  dalam  sebuah  kendaraan.  Tanpa  velg,  kendaraan  tidak  akan dapat  berjalan.  Velg  ada  dua  jenis  yang  dikenal  di  kalangan  masyarakat  yaitu  velg  baja  dan  velg paduan aluminium. Velg baja tidak banyak disukai karena beberapa alasan, salah satunya adalah tidak sesuai  perkembangan  zaman  (kuno).  Oleh  karena  itu  banyak  yang  menggantinya  dengan  velg  yang lebih  gaya  atau  yang  di  sebut  dengan velg  paduan  aluminium  ( aluminium  alloy )  [1].  Paduan aluminium yang banyak digunakan pada velg mobil adalah aluminium silikon atau sering disebut juga paduan A413.0 [2]. Velg paduan aluminium mempunyai daerah yang dinamakan area kritis atau yang disebut juga dengan critical area dimana area kritis itu adalah daerah terjadinya konsentrasi tegangan. Area kritis di velg terletak di daerah hub , spoke, dan flange .
Kerusakan yang terjadi pada velg paduan aluminium adalah bibir velg  mengalami deformasi plastis  atau  pecahnya spoke pada velg cast  wheel akibat  gaya  dan  tegangan  yang  terjadi  melebihi tegangan  maksimum  yang  diizinkan.  Dengan  mempertimbangkan  masalah  ini  maka  perlu  dilakukan penelitian  mengenai  pengaruh  jumlah spoke terhadap  tegangan  dan  deformasi  dengan  menggunakan Metode  Elemen  Hingga  berbasis  komputer  yaitu  ANSYS software ,  untuk  mempermudah  proses analisis  desain.  Oleh  karena  itu,  simulasi  secara  numerik  menggunakan  komputer  dapat  dilakukan untuk memodifikasi bentuk velg mobil agar kegagalan yang sering terjadi dapat diminimalisir.  Impak dari  permukaan  jalan  terhadap  velg  dapat  mengakibatkan  terjadinya  kerusakan  karena  tegangan  dan deformasi  yang  terjadi.  Jumlah spoke pada  velg  sangat  mempengaruhi  kekuatan  velg  mobil. Spoke pada  velg  merupakan  suatu  sistem  struktural  yang  efisien,  kuat,  dan  indah.  Velg  mobil  merupakan salah  satu  komponen  otomotif  yang  terus  mengalami  kemajuan  desain,  banyak  mengutamakan penampilan dan merupakan salah satu bagian dari kendaraan yang menerima tegangan dan beban [3].
Banyaknya  variasi  model  velg  mobil  saat  ini  sangat  mempengaruhi  kekuatan  dan  ketahanan dari  velg,  khususnya  dipakai  di  jalan  raya  yang  bergelombang.  Velg  mobil  yang  dijual  di  pasaran mempunyai  banyak  model  sehingga  perlu  diketahui  pengaruh  desain  velg  mobil  terhadap  tegangan
dan  deformasi  yang  terjadi  pada  velg  mobil,  agar  velg  tersebut  mempunyai  kekuatan  maksimal. Terdapat beberapa kode-kode yang dipakai untuk menggambarkan spesifikasi detail dari sebuah velg mobil yang ditunjukkan pada gambar 1.
Gambar 1. Konstruksi velg mobil Sumber: Putranto, Andi. 2011. http://blog.ub.ac.id/andi/.
Apabila  sebuah  batang  atau  plat  dibebani  sebuah  gaya  maka  akan  terjadi  gaya  reaksi  yang sama dengan yang arah berlawanan. Gaya tersebut akan diterima sama rata oleh setiap molekul pada bidang  penampang  batang  tersebut.  Jadi  tegangan  adalah  suatu  ukuran  intensitas  pembebanan  yang dinyatakan oleh gaya dan dibagi oleh luas di tempat gaya tersebut bekerja. Tegangan ada bermacam- macam sesuai dengan pembebanan yang diberikan.
Komponen  tegangan  pada  sudut  yang  tegak  lurus  pada  bidang  ditempat  bekerjanya  gaya disebut tegangan langsung. Pada pembebanan tarik akan terjadi tegangan tarik maka pada beban tekan akan  terjadi  tegangan  tekan.  Biasanya  dinyatakan  dalam  bentuk  persentasi  atau  tidak  dengan persentasi.  Besarnya  tegangan  menunjukkan  apakah  bahan  tersebut  mampu  menahan  perubahan bentuk sebelum patah. Makin besar tegangan suatu bahan maka bahan itu mudah dibentuk [4]. Maka, rumus tegangan adalah σ= F A .........................................(1)
dimana: F = gaya (Newton) A = luas penampang awal (mm 2 )

## 2. METODOLOGI
Dalam penelitian ini bahan  yang  digunakan adalah  velg  mobil Toyota Corolla Altis berbasis logam paduan aluminium dengan diameter 17,5 inci (444,5 mm)  dan lebar 7 inci (177,8 mm) seperti yang terlihat pada gambar 2.
Gambar 2. Velg mobil Toyota Corolla Altis jenis paduan aluminium A413.0
Velg yang disimulasi adalah:
1. Velg modifikasi dengan jumlah spoke 10, 12, dan 14.
2. Velg  modifikasi  dengan  jumlah spoke 10,  12,  dan  14  ditambahi  ketebalan  pada  daerah flange sebesar 3 mm.
spoke
Setelah  itu,  hasil  simulasi  masing-masing  velg  tersebut  dibandingkan  dengan  hasil  simulasi velg standar. Dalam simulasi, velg di beri fixed support di 4 lubang baut, supaya saat diberi gaya, velg tidak  berpindah  tempat  tapi  dalam  keadaan  diam  ditempat.  Dalam  penelitian  masing–masing  velg akan diberi gaya sebesar 6.500 N.
Gambar 3. Fixed support pada velg
Karena  penelitian  ini  adalah  simulasi  dan  sudah  ada  yang  melakukan  pengujian  secara mekanik, maka material properties dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1. Karakteristik material velg paduan aluminium A413.0
Sifat Jenis Sifat Nilai Satuan Sifat Fisik Densitas 2,66 g/cm 3 Sifat Tarik Ultimate Tensile Strength 232,9 90 MPa Sifat Tarik Tensile  Yield Strength 190,3 34 MPa Sifat Tarik Fracture Stress 226,4 20 MPa Sifat Tarik Elongasi Tarikan 5,48 % Sifat Elastis Modulus Elastisitas 72,19 9 GPa Sifat Elastis Poisson Ratio 0,33 Sifat Kekerasan Brinell Hardness 80,9 HB

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil simulasi Total Deformation dengan ANSYS 14.0 Workbench dapat dilihat pada gambar 4 untuk velg standar serta gambar 5 dan gambar 6 untuk velg modifikasi.
Gambar 4. Distribusi deformasi pada velg standar
Gambar 5. Distribusi deformasi pada velg dengan berbagai variasi jumlah Spoke
Gambar 6. Distribusi deformasi pada velg dengan berbagai variasi jumlah Spoke disertai penambahan ketebalan daerah flange sebesar 3 mm
Hasil simulasi Equivalent Stress dengan ANSYS 14.0 Workbench dapat dilihat pada gambar 7 untuk velg standar serta gambar 8 dan gambar 9 untuk velg modifikasi.
Pada  gambar  5  dan  gambar  6  terlihat  bahwa  semakin  banyak  jumlah spoke ,  maka  nilai tegangan maksimum dan nilai deformasi maksimum semakin besar.
Gambar 7. Distribusi tegangan pada velg standar
Gambar 8. Distribusi tegangan pada velg dengan berbagai variasi jumlah Spoke
Gambar 9. Distribusi tegangan pada velg dengan berbagai variasi jumlah Spoke disertai penambahan ketebalan daerah flange sebesar 3 mm
Pada  gambar  8  dan  gambar  9  terlihat  bahwa  semakin  banyak  jumlah spoke ,  maka  nilai tegangan  maksimum  dan  nilai  deformasi  maksimum  semakin  besar.  Oleh  karena  itu,  perlu ditambahkan ketebalan pada daerah flange sebesar 3 mm.
Dari  hasil  simulasi  komputer  velg  menggunakan  ANSYS  14.0 Workbench ,  dapat  di  buat grafik  tegangan  maksimum  vs  jumlah spoke pada  gambar  10  dan  gambar  11.  Grafik  deformasi maksimum vs jumlah spoke pada gambar 12 dan gambar 13.
Gambar 10. Grafik tegangan maksimum vs jumlah spoke untuk velg tanpa penambahan ketebalan daerah flange
Gambar 11. Grafik tegangan maksimum vs jumlah spoke untuk velg dengan penambahan ketebalan daerah flange 3 mm
Gambar 12. Grafik deformasi maksimum vs jumlah spoke untuk velg tanpa penambahan ketebalan daerah flange
Gambar 13. Grafik deformasi maksimum vs jumlah spoke untuk velg dengan penambahan ketebalan daerah flange 3 mm
Berdasarkan  hasil  penelitian  dengan  menggunakan  simulasi  numerik  ( software ANSYS) dapat  diketahui  bahwa  velg  dengan  jumlah spoke 10  disertai  penambahan  ketebalan  pada  daerah flange sebesar  3  mm  merupakan  velg  yang  paling  baik,  hal  ini  dikarenakan  velg  tersebut  memiliki tegangan  maksimum  dan  deformasi  maksimum  yang  paling  kecil  diantara  velg  modifikasi  lainnya. Jika  ditinjau  dari  arah  pemberian  gaya,  maka    tegangan  maksimum  terkecil  (52,148  MPa)  dan deformasi maksimum terkecil (0,5393 mm).

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil dan pembahasan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Hasil penelitian dengan menggunakan simulasi numerik ( software ANSYS) dapat diketahui bahwa velg  dengan  jumlah spoke 10  disertai  penambahan  ketebalan  pada  daerah flange sebesar  3  mm merupakan velg yang paling baik, hal ini dikarenakan velg tersebut memiliki tegangan maksimum dan  deformasi  maksimum  yang  paling  kecil  diantara  velg  modifikasi  lainnya.  Jika  ditinjau  dari pemberian  gaya,  maka  tegangan  maksimum  terkecil  (51,931  MPa)  dan  deformasi  maksimum terkecil (0,52044 mm).
2. Hasil simulasi numerik  menunjukkan bahwa velg standar terbuat dari material paduan aluminium A413.0 bila diberi beban 6.500 N maka simulasi hasil Total Deformation maksimum menunjukkan angka  sebesar  0,64872  mm,  velg  modifikasi  palang  10  sebesar  0,74867  mm,  velg  modifikasi palang  12  sebesar  0,79571  mm,  dan  velg  modifikasi  palang  14  sebesar  0,82937  mm.  Velg modifikasi  palang  10  disertai  penambahan  ketebalan  pada  daerah flange 3  mm  sebesar  0,52044 mm, velg palang 12 sebesar 0,60823 mm, dan velg palang 14 sebesar 0,61385 mm.
3. Hasil simulasi numerik  menunjukkan bahwa velg standar terbuat dari material paduan aluminium A413.0 bila diberi beban 6.500 N maka simulasi  hasil Equivalent Stress maksimum menunjukkan angka sebesar 71,023 MPa, velg modifikasi palang 10 sebesar 73,403 MPa, velg modifikasi palang 12  sebesar  74,257  MPa,  dan  velg  modifikasi  palang  14  sebesar  109,88  MPa.  Velg  modifikasi palang  10  disertai  penambahan  ketebalan  pada  daerah flange 3  mm  sebesar  51,931  MPa,  velg palang 12 sebesar 54,541 MPa, dan velg palang 14 sebesar 54,824 MPa.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Daryanto. 2004. Reparasi Casis Mobil . Bina Adiaksara. Jakarta.
[2] Hatch, John E., 1984. Aluminium Properties and Physical Metallurgy . Ohio: American Society for Metals.
[3] Anggono, Wilyanto. 2011. Deciding the Optimum Spoke Number of Motor Cycle Cast Wheel . Seminar Nasional Simulasi Velg. IX (2). 1-5.
[4] A.Schey, John. 2009. Proses Manufaktur . Edisi ketiga. Yogyakarta: Penerbit Andi.