Jurnal Penelitian Inovatif (JUPIN)
DOI: https://doi.org/10.54082/jupin.415 Vol. 4, No. 3, Agustus 2024, Hal. 1455-1460 p-ISSN: 2808-148X https://jurnal-id.com/index.php/jupin e-ISSN: 2808-1366

## Perbandingan Ketahanan Velg Mobil dengan Berbagai Desain dan Material dengan Simulasi Ansys Fea
Bagus Arviansyah *1 , Rokhmat 2 , Trisa Ramadhan 3 , Tomas Irfani 4 , Amir 5
1,2,3,4,5 Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Buana Perjuangan Karawang , Indonesia Email: 1 tm22.bagusarviansyah@mhs.ubpkarawang.ac.id, 2 tm22.rokhmat@mhs.ubpkarawang.ac.id,
3 tm22.trisaramadhan@mhs.ubpkarawang.ac.id, 4 tm22.tomasirfani@mhs.ubpkarawang.ac.id,
5 amir@ubpkarawang.ac.id

## Abstrak
Velg merupakan bagian dari unit kendaraan yang berperan sebagai penopang beban saat kendaraan berhenti dan juga sebagai pengantar gerakan putar dari mesin untuk memindahkan kendaraan. Jika terjadi kerusakan pada velg, hal tersebut dapat menjadi risiko serius bagi pengemudi kendaraan tersebut. Penelitian ini bertujuan untuk mencari nilai deformation total, von mises stress, Stress intensity dan deformation total dynamic pada desain velg dengan variasi  jumlah  jari-jari  dan  menggunakan  tiga  jenis  material  yang  berbeda.  Metode  penelitian  yang  digunakan adalah  analisis  eksperimental  dan  simulasi  dilakukan  dengan  menggunakan  perangkat  lunak  simulasi static structural ANSYS Workbench 2023 . Setelah menjalankan simulasi, hasil penelitian dapat diperoleh hasil bahwa setiap ukuran ketebalan jari-jari dan jaraknya dapat mempengaruhi hasil data variabel. pada velg tipe 2 atau velg dengan jari-jari 10 mendapatkan hasil simulasi yang paling buruk diantara dua lainnya. Jadi, dapat disimpulkan bahwa  material  magnesium  lebih  baik  diantara  alumunium  dan  baja  karbon.  Dan  setiap  desain  dapat mempengaruhi kekuatan dari material itu sendiri.
Kata kunci : Ansys, Deformasi, FEA, Simulasi, Von Mises Stress

## Abstract
Alloy  wheels  are  a  part  of  the  vehicle  unit  that  acts  as  a  load  support  when  the  vehicle  stops  and  also  as  an introduction to the rotary motion of the engine to move the vehicle. If damage occurs to the alloy wheel, it can be a serious risk for the driver of the vehicle. This study aims to find the value of total deformation, von mises stress, Stress intensity and dynamic total deformation in alloy wheel designs with variations in the number of spokes and using  three  different  types  of  materials.  The  research  method  used  is  experimental  analysis  and  simulation  is carried  out  using  ANSYS  Workbench  2023  static  structural  simulation  software.  After  running  the  simulation, research results show that each size of radius thickness and distance can influence the variable data results. Type 2 rims or rims with a radius of 10 get the worst simulation results among the other two. And the concluded that magnesium material is better than between aluminum and carbon steel. And each design can affect the strength of the material.
Keywords : Ansys, Deformation, FEA, Simulation, Von Mises Stress

## 1. PENDAHULUAN
Roda merupakan  penemuan  paling  signifikan  masa  lalu.  Roda telah berkembang  dari  kebesaran menjadi  bagian  integral  dari  setiap  transportasi  modern  kendaraan.  Kendaraan  bermotor  modern diproduksi  sesuai  dengan  aturan  yang  sangat  ketat  untuk  menjamin  keselamatan  penumpang.  Bahan untuk memproduksi roda ini sudah tersedia canggih karena desain dan materialnya bisa berkisar dari baja dengan paduan non-besi seperti magnesium dan aluminium(Zanchini et al., 2023). Roda otomotif telah  berevolusi  selama  beberapa  dekade  sejak  desain  jari-jari  awal  dari  kayu  dan  baja.  Kendaraan modern saat ini menggunakan konfigurasi logam yang dicetak, velg paduan aluminium cor dan tempa modern.  Sejak  saat  itu  beberapa  metode  pengujian  inovatif  pengukuran  stress  eksperimental  telah dimulai(Kumar  et  al.,  2019).  Dalam  beberapa  tahun  terakhir,  seiring  kemajuan  teknologi,  pabrikan
Jurnal Penelitian Inovatif (JUPIN)
DOI: https://doi.org/10.54082/jupin.415 Vol. 4, No. 3, Agustus 2024, Hal. 1455-1460 p-ISSN: 2808-148X https://jurnal-id.com/index.php/jupin e-ISSN: 2808-1366
berupaya menyediakan kendaraan yang lebih cepat, lebih kuat, dan lebih ringan dalam konstruksi dan untuk melakukan hal ini bahan produksi dasar perlu diubah(Mishra & Singh, 2019).
Dengan  adanya  beragam  metode  eksperimental  dan  analisis,  salah  satu  pendekatan  yang  sering digunakan untuk menganalisis sifat-sifat velg adalah metode elemen hingga, yang dikenal sebagai Finite Element Method (FEM) atau Finite Element Analysis (FEA)(Sanjaya et al., 2021). Metode FEA efektif dalam  menyelesaikan  tantangan  struktural  pada  benda  padat  mekanika  untuk  menghasilkan  solusi seperti  tegangan,  regangan,  defleksi,  dan  bahkan  umur  kelelahan(Karteek  et  al.,  2019).  Keuntungan utama  dari  metode  FEA  adalah  penghematan  waktu  dan  biaya,  bahkan  dapat  diterapkan  sebelum pembuatan  prototype  fisik(Swetha  B.,  2019).  Selain  itu  metode  ini  didukung  oleh  perangkat  lunak berbasis CAE seperti ANSYS dan Pro Engineering.
Dalam  penelitian  sebelum  nya  fahd  rizal  pris  dkk,  melakukan  simulasi  yang  sama  begitu  juga muhammad zaeni rizki mubarok dkk melakukan hal yang sama,beberapa penelitian hanya berfokus pada model velgnya saja.Kemudian dari jurnal internasional juga ada beberapa literatur yang kami review seperti  yang  sudah  dilakukan  T.kato  dkk,simulasi  hanya  berfokus  pada  model,meshing  dan pembebanannya  saja(Kato  et  al.,  2019).  Penelitian  yang  membahas  tentang  variasi  material  pada pembuatan  velg  sejauh  ini  belum  ada  yang  melakukan  simulasinya.  Oleh  karena  itu  tujuan  dari penelitian ini adalah melakukan simulasi velg dengan material yang berbeda dan model yang berbeda pula untuk menghasilkan nilai deformation total, von mises stress, Stress intensity dan deformation total dynamic.

## 2. METODE PENELITIAN
Metode  penelitian  yang  digunakan  adalah  eksperimental.  Untuk  proses  secara  cepat,  teliti  dan efesien,  maka  desain  velg  dapat  dilakukan  dengan  menggunakan  software.  Software  yang  telah digunakan untuk membuat desain velg adalah solidworks 2022, sedangkan untuk eksperimen simulasi analisis  nya  menggunakan  software  workbench  ansys  2023  yang  berbasis  Finite  Element  Analysis (FEA). Berikut kerangka penelitian seperti digambarkan pada gambar.1 dibawah ini:

## Gambar 1. Kerangka penelitian
Penentuan  desain  dan  jenis  produk  dilakukan  dengan  mempertimbangkan  kesesuaian  material, model, proses kerja, dan daya tahan produk jadi(Abhiman et al., 2021). Memastikan proses langsung ke produk tanpa pengetahuan tentang kekuatan atau ketangguhan material tidak menimbulkan risiko serius pada  produk  dan  profilnya  sangat  penting(Gangadhar  Reddy  &  Mahaboob  Basha,  2020).  Untuk
Jurnal Penelitian Inovatif (JUPIN)
DOI: https://doi.org/10.54082/jupin.415 Vol. 4, No. 3, Agustus 2024, Hal. 1455-1460 p-ISSN: 2808-148X https://jurnal-id.com/index.php/jupin e-ISSN: 2808-1366
mengurangi  risiko  tersebut,  desain  dilakukan  dengan  menggunakan  perangkat  lunak  yang  valid  dan mampu memberikan informasi yang tepat(Agarwal et al., 2021). Dalam penelitian ini, desain dilakukan dengan  menggunakan  perangkat  lunak  SolidWorks  2022,  yang  dipilih  karena  kesederhanaan, efektivitas, dan efisiensinya Proses optimasi pada penelitian ini meliputi variasi model, desain, meshing, serta penerapan beban statis dan dinamis pada roda(Shekhar et al., 2020).

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Untuk menentukan hal-hal yang akan diselidiki lebih lanjut,setelah mendefinisikan masalah yang berkaitan  dengan  perbandingan  konfigurasi  roda  dan  material  sebagai  fokus  penelitian,  metode  FEA dipilih untuk pengumpulan data. Teks berikutnya menguraikan langkah-langkah spesifik dari metode FEA.  Pembuatan  desain  model  geometris  dilakukan  dengan  menggunakan  perangkat  lunak  CAD Solidwork  dan  diteliti  melalui  ANSYS  Workbench.  Model  ini  mencakup  tiga  variasi,  seperti  yang diilustrasikan  pada  Gambar  2,  Gambar  3,  dan  Gambar  4  di  bawah  ini.  Adapun  dari  material  yang digunakan masing - masing velg adalah magnesium alloy, alumunium alloy dan carbon steel. Dengan menggunakan beban sebesar 15.000 N dengan asumsi beban berat kosong kendaraan ditambah dengan berat badan orang dewasa yang menaiki kendaraan tersebut dengan asumsi berat badan orang dewasa seberat  60  kg.  kemudian  di  bagi  4  untuk  pembebanan  maximal  masing  –  masing  velg,  sehingga didapatkan  beban  sebesar 3750  N.  Disertai  dengan  asumsi  nilai  kecepatan  kendaraan  100  km/h,  lalu dikonversikan menjadi kecepatan putar pada velg didapatkan hasil 146 rad/s.
Gambar 2. Velg tipe 1
Jurnal Penelitian Inovatif (JUPIN)
DOI: https://doi.org/10.54082/jupin.415 Vol. 4, No. 3, Agustus 2024, Hal. 1455-1460 p-ISSN: 2808-148X https://jurnal-id.com/index.php/jupin e-ISSN: 2808-1366

## Gambar 4. Velg tipe 3

## 3.1. Deformation total dan von mises stress
Dengan menggunakan metode simulasi deformation total statis dan dinamis, von misses stress dan intensity stress pada velg tipe 1,2 dan 3 dengan menggunakan material magnesium alloy, alumunium alloy dan carbon steel(swetha.b, 2019). Maka diperoleh hasil seperti pada tabel di bawah ini :
Tabel 1. Deformation total Tipe Pembebanan Material Min(mm) Max(mm) 1 Static Magnesium alloy 0,06 0,57 Alumunium alloy 0,04 0,34 Carbon steel 0 0,12 2 Static Magnesium alloy 0,02 0,18 Alumunium alloy 0,01 0,13 Carbon steel 0 0,07 3 Static Magnesium alloy 0,25 2,25 Alumunium alloy 0,16 1,42 Carbon steel 0 0,47 Tabel 2. Von mises stress Tipe Pembebanan Material Min(MPa) Max(MPa) 1 Static Magnesium alloy 7,40 66,32 Alumunium alloy 0,07 66,54 Carbon steel 0,1 74,83 2 Static Magnesium alloy 1,29 11,63 Alumunium alloy 0,003 13,07 Carbon steel 0,2 32,37 3 Static Magnesium alloy 14,78 133 Alumunium alloy 0 132,89 Carbon steel 0 130,53
Jurnal Penelitian Inovatif (JUPIN)
DOI: https://doi.org/10.54082/jupin.415 Vol. 4, No. 3, Agustus 2024, Hal. 1455-1460 p-ISSN: 2808-148X https://jurnal-id.com/index.php/jupin e-ISSN: 2808-1366
Tabel 3. Stress intensity Tipe Pembebanan Material Min(MPa) Max(MPa) 1 Static Magnesium alloy 7,60 68,05 Alumunium alloy 0,08 67,66 Carbon steel 0,12 76,07 2 Static Magnesium alloy 1,30 11,74 Alumunium alloy 0,003 14,37 Carbon steel 0,017 35,16 3 Static Magnesium alloy 16,48 148,32 Alumunium alloy 0 147,48 Carbon steel 0 143,04 Tabel 4. Deformation total Dinamis Tipe Pembebanan Material Min(mm) Max(mm) 1 Dynamic Magnesium alloy 1,57 14,12 Alumunium alloy 0 11,27 Carbon steel 0 6,61 2 Dynamic Magnesium alloy 0,89 7,99 Alumunium alloy 0 6,48 Carbon steel 0 3,88 3 Dynamic Magnesium alloy 2,86 25,77 Alumunium alloy 0 20,76 Carbon steel 0 12,33

## 4. KESIMPULAN
Setelah dilakukan analisis menggunakan perangkat lunak ANSYS Workbench 2023, didapatkan kesimpulan  berupa  material  magnesium  alloy  dengan  nilai  deformation  total  sebesar  0,57  mm, sedangkan alumunium alloy sebesar 0,34 mm dan baja carbon sebesar 0,12 mm, magnesium  merupakan material  yang  lebih  baik  diantara  alumunium  alloy  dan  baja  karbon.  Dikarenakan  data  variabel magnesium  alloy  yang  diperoleh  dan  dibandingkan  terhadap  alumunium  alloy  dan  baja  karbon  pada variabel berturut-turut yaitu deformation total, von mises stress, Stress intensity dan deformation total dynamic lebih unggul. Lalu, variabel selanjutnya yang penulis coba teliti adalah bentuk dari desain velg dengan variasi jari-jari pada kelipatan dua dimulai dari jari-jari delapan, sepuluh dan dua belas. Setelah disimulasikan dengan menggunakan material yang berbeda-beda, diperoleh hasil bahwa setiap ukuran ketebalan jari-jari dan jaraknya dapat mempengaruhi hasil data variabel. Seperti pada gambar dan tabel yang disajikan, pada velg tipe 2 atau velg dengan jari-jari 10 mendapatkan hasil simulasi yang paling buruk  diantara  dua  lainnya.  Jadi,  dapat  disimpulkan  bahwa  material  magnesium  lebih  baik  diantara alumunium dan baja karbon. Dan setiap desain dapat mempengaruhi kekuatan dari material itu sendiri, jadi sebaiknya saat hendak merancang atau membuat velg disarankan untuk memperhatikan jarak dan ketebalan dari jari-jari velg tersebut.
Jurnal Penelitian Inovatif (JUPIN)
DOI: https://doi.org/10.54082/jupin.415 Vol. 4, No. 3, Agustus 2024, Hal. 1455-1460 p-ISSN: 2808-148X https://jurnal-id.com/index.php/jupin e-ISSN: 2808-1366

## DAFTAR PUSTAKA
Abhiman, B., Kumar, M. Y., Venkata, M., & Reddy, R. (2021). OPTIMIZATION OF CAR RIM USING DESIGNING  AND  ANALYSIS  SOFTWARES.  INTERNATIONAL  JOURNAL  OF RESEARCH IN AERONAUTICAL ENGINEERING, 9(08), 01–06.
Agarwal, S., Tripathi, M., Dey, P., Kumar, R., & Awasthi, A. (2021). Modelling & Static Analysis of Automotive Wheel Rim using different materials. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1116(1), 012021. https://doi.org/10.1088/1757-899x/1116/1/012021
Gangadhar Reddy, M., & Mahaboob Basha, A. (2020). DESIGN OPTIMIZATION OF CAR WHEEL RIM USING FEA TECHNIQUE.
Karteek, N., Krishna, B. S., Babu, B. K., & Paleti, B. M. (2019). Fatigue Analysis of Motor Cycle Alloy Wheel. International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering, 8(9), 702–710. https://doi.org/10.35940/ijitee.I7780.078919
Kato, T., Fujimura, T., Yamamoto, Y., Dedmon, S., Hiramatsu, S., Kato, H., & Pilch, J. (2019). Effect of wheel size and tread braking on subsurface crack initiation in heavy haul car wheels. Procedia Structural Integrity, 19, 238–248. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2019.12.026
Kumar, R. A., Amarnath, G., Padmanaban, K., Karuppusamy, S., Justin, I., Raj, A., & Scholar, P. G.
(2019).  Experimental  Studies  of  Optimization  of  Automotive  wheel  Rim  using  ANSYS.  In Published  in  International  Journal  of  Trend  in  Scientific  Research  and  Development  (ijtsrd). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0
Mishra, S., & Singh, L. P. (2019). Structural and Material Analysis of an Automobile Wheel Rim using ANSYS. International Research Journal of Engineering and Technology. www.irjet.net
Sanjaya, Y., Prabowo, A. R., Imaduddin, F., & Nordin, N. A. B. (2021). Design and analysis of mesh size subjected to wheel rim convergence using finite element method. Procedia Structural Integrity, 33(C), 51–58. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2021.10.008
Shekhar, C., Lakshmipati Rao, B., & Krishna, V. (2020). DESIGN AND STRUCTURAL ANALYSIS OF CAR ALLOY WHEEL USING WITH VARIOUS MATERIALS.
Swetha B., S. kumar Ch. (2019). Design Analysis of Flywheel by using Ansys. International Journal of Research in Engineering,Sciense and Management, 2(12).
Zanchini,  M.,  Longhi,  D.,  Mantovani,  S.,  Puglisi,  F.,  &  Giacalone,  M.  (2023).  Fatigue  and  failure analysis  of  aluminium  and  composite  automotive  wheel  rims:  Experimental  and  numerical investigation. Engineering Failure Analysis, 146. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2023.107064.