Abstrak — Fatigue merupakan salah satu penyebab kerusakan dari suatu poros. Kerusakan fatigue tidak dapat diprediksi, bisa terjadi  secara  tiba-tiba.  Oleh  karena  itu  perlu  diteliti  lebih lanjut  tentang  penyebab  kegagalan fatigue .  Pada  penelitian sebelumnya sudah banyak yang melakukan improvement pada material  yang  biasa  digunakan  sebagai  poros  untuk meningkatkan kekuatan fatigue , tetapi masih sedikit penelitian yang  membahas  pengaruh  kondisi  permukaan  pada  poros terhadap  kekuatan fatigue .  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah untuk  mengetahui  pengaruh  rasio  geometri  alur  pasak  poros terhadap  kegagalan fatigue dengan  melihat  pada  rasio kedalaman  berapa  material  akan  cepat  patah.  Metode  yang digunakan  adalah  metode  simulasi  dengan software SolidWorks. Simulasi fatigue yang digunakan yaitu tipe rotary bending dengan  standar  pengujian  ASTM  E466.  Varian  rasio alur pasak yaitu 3:1 mm, 3:2 mm, dan 3:3 mm dengan masing- masing  diberi  beban  40%,  50%,  60%,  70%,  dan  80%  dari ultimate tensile strength material.  Hasil  yang  didapat  pada beban  40%  untuk  varian  1,2,3  mencapai  lebih  dari  1.000.000 siklus  sampai  patah.  Pembebanan  50%  sama  seperti pembebanan 40%. Pembebanan 60% varian 1 masih mencapai 1.000.000 siklus, sedangkan varian 2 mendapat 402.699 siklus, varian  3  mendapatkan  317.727  siklus  sampai  material  patah. Pembebanan 70% varian 1 mendapatkan 641211 siklus, varian 2 mendapatkan 201.348 siklus, varian 3 mendapatkan 166.116 siklus  sampai  material  patah.  Pembebanan  80%  varian  1 mendapatkan  311.218  siklus,  varian  2  mendapatkan  123.921 siklus,  varian  3  mendapatkan  102.371  siklus  sampai  material patah.  Dengan  posisi  patah  yang  sama  pada  setiap fillet alur pasak.
Kata Kunci — Fatigue, Poros, Pasak, Simulasi, SolidWorks.

## I. PENDAHULUAN
atigue atau  kelelahan  adalah  kerusakan  material  yang diakibatkan  oleh  adanya  tegangan  yang  berfluktuasi yang  besarnya  lebih  kecil  dari  tegangan  tarik  maksimum ( ultimate tensile strength ) (σu) maupun tegangan luluh ( yield ) material yang diberikan beban konstan. Resistensi kelelahan ( fatigue )  adalah  kemampuan  material  untuk  menerima pembebanan  berulang  dan  berfluktuasi  selama  periode tertentu  sampai  material  mengalami  perpatahan.  Terdapat tiga  fase  dalam  perpatahan  fatik  yaitu  permulaan  retak, penyebaran  retak,  dan  patah.  Salah  satu  komponen  mesin yang dapat mengalami fatigue adalah poros. Poros digunakan untuk meneruskan putaran atau mentransmisikan putaran dari penggerak dan kepada yang digerakkan. Dalam menjalankan tugasnya  sebagai  sumbu  putar,  poros  memiliki  alur  pasak untuk  tempat  diselipkannya  pasak  yang  digunakan  untuk kuncian  dari  poros  terhadap  puli  atau  semacamnya.  Pasak merupakan sepotong baja lunak ( mild steel ) yang berfungsi sebagai  pengunci  yang  disisipkan  diantara  poros  dan hub (bos)  sebuah  roda  puli  atau  roda  gigi  agar  keduanya
tersambung  dengan  pasti  sehingga  mampu  meneruskan momen putar/torsi.
Komponen  mesin  yang  memiliki  konsentrasi  tegangan akan  berpengaruh  terhadap  performanya.  Sunardi  et.al  [1] melakukan riset tentang bentuk-bentuk konsentrasi tegangan terhadap  perubahan kekuatan,  kekakuan  dan  getaran  balok. Dari riset ini diketahui bahwa konsentrasi tegangan berbentuk balok memiliki performa yang paling baik jika dibandingkan dengan  bentuk  lainnya.  Jarak  antara  konsentrasi  tegangan juga  berpengaruh  sangat  signifikan  terhadap  perubahan kinerja balok. Dari riset ini diketahui bahwa semakin dekat jarak  antar  titik-titik  konsentrasi  tegangan  maka  akan semakin  besar  tegangan,  defleksi  dan  getaran  yang  terjadi pada balok [2].
Model elemen hingga dari sampel pengujian fatigue dari bahan  baja  berkekuatan  tinggi  Weldox  960  dibuat  dalam program ADINA. Model bahan simulasi sesuai dengan bahan nyata  yang  digunakan  dan  didasarkan  pada  uji  tariknya. Pembebanan  sampel  diterapkan  dalam  bentuk  sudut  rotasi (sesuai dengan torsi siklik)  dan  serangkaian simulasi  untuk setiap  level  pembebanan  dilakukan.  Nilai  tegangan  dan regangan  diperoleh  untuk  setiap  level  beban  dan  menjadi dasar untuk pengukuran eksperimental fatigue pada sampel nyata  [3].  Pengujian fatigue dilakukan  dengan  cara memberikan stress level tertentu  sehingga  spesimen  patah pada siklus tertentu [4].
CAD  ( Computer Aided Design )/CAE  ( Computer Aided Engineering ) adalah suatu perkembangan teknologi didalam dunia engineering ,  salah  satunya  untuk  meningkatkan metode  yang  digunakan  untuk  mengetahui  umur fatigue material [5]. Liangmo Wang et.al [5] melakukan penelitian yaitu  mensimulasikan  pengujian fatigue dengan  tipe rotary bending dengan software ABAQUS  pada  velg  mobil berbahan  alumunium.  Hasilnya  pada  percobaan  pertama didapatkan keretakan velg mobil terjadi pada sekitaran daerah lubang  baut  dan  takik.  Kemudian  dilakukan  perbaikan dengan memperkuat area yang lemah dan merevisi geometri pada daerah yang retak dengan desain yang sama.
Material bronze diuji dengan mesin rotary bending untuk mengetahui  kekuatan fatigue dari  material  tersebut. Bronze diuji sebanyak 5 kali dengan pembebanan 10 kg, 15 kg, 20 kg, 25 kg, dan 30  kg.  dari hasil  penelitian ini akan terlihat hasil  bahwa  ketahanan fatigue dari  material bronze akan menurun seiring dengan bertambahnya beban yang diberikan dan  siklus  putaran  akan  semakin  sedikit. Fatigue sangat berbahaya dibanding kegagalan statis karena fatigue terjadi tanpa ada peringatan terlebih dahulu atau secara tiba tiba dan menyeluruh [6]. Oleh sebab itu pengujian fatigue sangat perlu dilakukan  pada  sebuah  material  untuk  mengetahui

## Pengaruh Rasio Geometri Alur Pasak Poros Terhadap Kegagalan Fatigue
Bachry Fahmiansyah, Sunardi, dan Erny Listijorini Jurusan Teknik Mesin, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa Jl. Raya Jakarta Km 4 Pakupatan Kota Serang Provinsi Banten 42124 e-mail : bachryfahmi19@gmail.com
F
ketangguhan dari sebuah material.
Alur  pasak  dapat  menjadi  penyebab  utama  kegagalan fatigue dari  poros.  O.A.  Zambrano  et.al  [7]  melakukan peneletian  terhadap  poros  mesin  crane  untuk  bangunan. Metode yang digunakan beraga, antara lain analisa komposisi bahan  material,  inspeksi  visual, fractography ,  analisa metallografi,  mengukur  kekerasan,  dan  analisa  elemen hingga. Hasilnya ditemukan kerusakan pada alur pasak dari poros  tersebut,  selain  karena  oksidasi  dan  inklusi  pada material,  geometri  alur  pasak  yang  salah  pun  menjadi penyebab utama dari kerusakan poros. Kemudian dilakukan pengembangan pada alur pasak dengan memberikan koreksi geometri  dan  membuatnya  lebih  halus  pada radius ,  tinggi, dan  lebar  alur  pasak.  Dari  kasus  ini  geometri  alur  pasak sangat berpengaruh terhadap kegagalan fatigue suatu poros. Pasak dan alur pasak adalah salah satu koneksi poros- hub yang  paling  umum.  Desain  sering  diatur  oleh  standar  yang hampir  setengah  abad,  dan  sebagian  besar  hasil  yang dilaporkan  dalam  literatur  didasarkan  pada  analisis fotoelastik  eksperimental.  Makalah  ini  menunjukkan bagaimana  analisis  elemen  hingga  numerik  dapat meningkatkan  prediksi  konsentrasi  tegangan  di  alur  pasak. Dengan  menggunakan  pengoptimalan  bentuk  dan  bentuk super elips sederhana, ditunjukkan bahwa usia kelelahan alur pasak dapat sangat ditingkatkan dengan pengurangan hingga 50%  pada  tegangan  maksimum  [8].  Hal  ini  menunujukkan bahwa  bentuk  alur  pasak  sangat  mempengaruhi  kekuatan fatigue material.
Isranuri  et.al  [9]  Memodifikasi  material  dengan mencampurkan  96%  alumunium  dan  4%  magnesium, kemudian  material  tersebut  diuji  kekuatan fatigue nya  dan membandingkan hasil uji fatigue sebenarnya dengan hasil uji fatigue dengan simulasi. Jenis uji fatigue nya adalah rotary bending .  Simulasi  ini  menggunakan software ANSYS  dan diapatkan hasil beban 117,13 N dengan siklus 47.120, beban 74,752  N  dengan  siklus  82.565,  beban  58,5657  N  dengan siklus  135.515.  Faktor  kunci  dalam  analisis  elemen  hingga adalah perhitungan numerik dengan maksud memperkirakan semua  parameter  dan  batas  yang  disepakati  [10].  Analisis kegagalan  adalah  sesuatu  yang  sangat  diperlukan  yang digunakan  secara  luas  oleh  sektor  industri  untuk mengembangkan  atau  meningkatkan  desain  produk. Kegagalan elemen mesin dipelajari secara luas oleh ilmuwan untuk  menemukan  metode  untuk  mengidentifikasi penyebabnya  dan  untuk  mencegahnya  terulang  kembali. Untuk menentukan mode kegagalan, metode analisis elemen analitik, eksperimental, dan elemen hingga dapat digunakan [11].
Fillet pada  poros  membawa  zona  tegangan  dari  daerah yang dilalui seperti alur pasak dan lubang ke bentuk. Garis- garis  gaya  yang  berubah  pada  titik  ini  dan  mengubah  arah ketajamannya  dibulatkan  untuk  mencoba  mengurangi  efek takik yang terjadi pada gaya dinamis dan dalam bahan yang ringkih.  [12].  Kelelahan  logam  adalah  masalah  yang signifikan  karena  dapat  terjadi  karena  beban  berulang  di bawah  kekuatan  luluh  statis.  Hal  ini  dapat  mengakibatkan kegagalan yang tidak terduga dan bencana dalam penggunaan karena  sebagian  besar  bahan  teknik  mengandung diskontinuitas.  Sebagian  besar  retakan  fatik  berawal  dari diskontinuitas  di  daerah  komponen  yang  sangat  tertekan. Kegagalan mungkin disebabkan oleh diskontinuitas, desain,
perawatan yang tidak tepat atau penyebab lainnya. Analisis kegagalan  dapat  menentukan  penyebab  kegagalan  [13]. Kegagalan fatigue dimulai  dengan  terjadinya  retakan  pada permukaan  benda  uji.  Hal  ini  membuktikan  bahwa  sifat  – sifat fatigue sangat peka terhadap kondisi permukaan, yang dipengaruhi  oleh  beberapa  faktor  antara  lain  kekasaran permukaan,  perubahan  sifat  sifat  permukaan  dan  tegangan sisa permukaan [14].
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  meneliti  pada  setiap  rasio geometri  alur  pasak  poros,  yaitu  rasio  antara  lebar  pasak dengan  kedalaman  pasak  terhadap  kelelahannya  ( fatigue ) pada  material  baja  AISI  410.  Untuk  melihat  apakah  alur pasak  dapat  menjadi  pemicu  adanya  permulaan  retak  pada poros.  Serta  apakah  kedalaman  alur  pasaka  berpengaruh besar terhadap kegagalan fatigue .

## II. METODE PENELITIAN

## A. Material
Bahan yang digunakan pada simulasi pengujian ini adalah baja AISI 410. Baja AISI ( American Iron and Steel Institute ) 410 termasuk ke dalam stainless steel atau baja tahan karat. Dalam SAE International ( Society of Automotive Engineers ), baja ini juga bernomor 410 karena AISI dan SAE keduanya terlibat  dalam  upaya  untuk  membakukan  penomoran  baja. Kemudian di dalam UNS ( Unified Numbering System ) baja ini  bernomor  S41000.  Baja  AISI  410  termasuk  ke  dalam stainless steel seri  400  yaitu ferritic and martensitic chromium alloys ,  dan  tipe  410  ini  termasuk  ke  dalam martensitic ( high - strength iron / chromium )  mempunyai kekuatan aus yang tinggi tetapi ketahanan korosi yang kurang hingga  cukup  [15].  Karena  baja  AISI  410  ini  mempunyai ketahanan  aus  yang  tinggi,  material  ini  cocok  digunakan untuk poros.
Tabel 1. Komposisi Baja AISI 410 Unsur %Berat C 0,03 Cr 12,8 S 0,0012 Ni 0,155 Mn 0,34 Si 0,68 Mo 0,0002 P 0,0162
Fe Bal. Tabel 2. Sifat Mekanik Baja AISI 410 Sifat Nilai Satuan Modulus Elastisitas 200 GPa Rasio Poisson 0,28 Modulus Geser 77,52 GPa Masa Jenis 7740 kg/m 3 Kekuatan Tarik 510 MPa Kekuatan Luluh 310 MPa Koefisien Ekspansi Thermal 9,9 K -1 Konduktivitas Thermal 18,3 W/(m.K) Panas Spesifik 460 J/(kg.K)

## B. Metode
Metode  pengujian  menggunakan  metode  simulasi,  yaitu mensimulasikan  pengujian fatigue dengan  menggunakan software SolidWorks.  Pada  metode  simulasi  material dibentuk  dengan software SolidWorks  mengacu  pada dimensi  standar  ASTM  E466  yang  mana  standar  ini  juga biasa  digunakan  pada  uji fatigue tipe rotary bending . Kemudian  simulasi  pengujian  material  dilakukan  juga dengan software SolidWorks  menggunakan  pembebanan lentur dan fatigue untuk mendapatkan hasil yang mendekati dengan  pengujian real di  lapangan.  Kemudian  untuk pembebanan material diberikan beban 40%, 50%, 60%, 70%, dan 80% dari ultimate tensile strength material.
C. Standar Pengujian
Standar  untuk  pengujian rotary bending menggunakan ASTM E466, simulasi ini juga menggunakan bentuk ASTM E466 dengan variasi kedalaman alur pasak 1 mm, 2 mm, dan 3  mm.  Sedangkan  untuk  lebar  dan  panjang  alur  pasak  di setiap variasi adalah sama yaitu 3 mm x 14 mm.

## Gambar 1.  Standar ASTM E466
Tumpuan dan beban pada material dibuat agar sama persis dengan  kondisi real pengujian.  Untuk  tumpuan menggunakan tumpuan roll dan fix karena untuk pengujian fatigue akan  menggunakan  jenis rotary bending .  Untuk tumpuan roll ditunjukkan pada gambar 2 dengan anak panah hijau kecil yang mengarah ke kiri, sedangkan untuk tumpuan fix terletak  pada  penampang  kiri  spesimen.  Untuk  beban ditunjukkan oleh panah ungu yang mengarah kebawah, beban diberikan  pada  tempat  yang  serupa  mungkin  dengan pengujian  eksperimental.  Kemudian  untuk  beban  gravitasi ditunjukkan oleh panah merah besar mengarah kebawah
Pengujian fatigue dilakukan  dengan  tipe rotary bending menggunakan  simulasi  pada software SolidWorks.  Jika benda uji diputar dan diberi beban, maka akan terjadi momen lentur  pada  benda  uji.  Momen  lentur  ini  menyebabkan terjadinya  beban  lentur  pada  benda  uji.  Momen  lentur  ini menyebabkan terjadinya beban lentur pada permukaan benda uji dan besarnya dihitung dengan persamaan (1) [5]. Sebelum melakukan  simulasi,  terlebih  dahulu  mencari  nilai  beban lentur  sebagai  variasi  pembebanan.  Beban  lentur  dapat dihitung  dengan  menggunakan  rumus  tegangan  lentur. Menurut  Budiyanto  et.al  [4]  bahwa  untuk  menentukan besarnya  tegangan  lentur  dapat  digunakan  rumus  di  bawah ini:
𝜎 (1)
σ    = Tegangan lentur (Pa) w   = Beban lentur (N) d    = Diameter benda uji (m) l = Panjang benda uji (m)
Penyajian  data fatigue rekayasa  adalah  menggunakan kurva S-N yaitu pemetaan tegangan atau stress (S) terhadap jumlah  siklus  ( number of cycles )  sampai  terjadi  kegagalan (N).  Kurva  S-N  ini  lebih  diutamakan  menggunakan  skala semi  log.  Kurva  tersebut  didapat  dari  pemetaan  tegangan terhadap jumlah siklus sampai terjadi kegagalan pada benda uji.  Pada  kurva  ini  siklus  menggunakan  skala  logaritma. Batas ketahan fatigue ( endurance limit ) baja ditentukan pada jumlah siklus N > 10 7 [16]. Pengujian fatigue dilakukan  dengan  cara  memberikan stress level tertentu  sehingga  spesimen  patah  pada  siklus tertentu. Dieter [16] Menyatakan untuk mendapatkan kurva S-N  dibutuhkan  8-12  spesimen.  Retak fatigue biasanya dimulai  pada  permukaan  di  mana  lentur  dan  torsi menyebabkan terjadinya tegangan-tegangan yang tinggi atau di  tempat-tempat  yang  tidak  rata  menyebabkan  terjadinya konsentrasi  tegangan.  Oleh  karena  itu,  batas  ketahanan ( endurance limit )  sangat  tergantung  pada  kualitas penyelesaian permukaan [17].

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Merujuk  pada  persamaan  (1),  maka  hasil  perhitungan beban pengujian untuk beban 40%, 50%, 60%, 70%, dan 80% secara berturut-turut adalah sebagai berikut:
Setelah  menghitung  beban  yang  akan  diberikan  saat simulasi, selanjutnya adalah melakukan simulasi pembebanan lentur dengan memasukkan variasi pembebanan pada  setiap  variasi  rasio  alur  pasak.  Masukkan  nilai  beban dengan  satuan  Newton  pada  daerah  yang  ditunjuukan  oleh panah  berwarna  ungu  (Gambar  2)  dengan  mengarah  ke
Tabel 3.
Variasi Nilai Beban UTS (MPa) Variasi Pembebanan (%) σ (MPa) w (N) 510 40 204 227,76 50 255 284,69 60 306 341,632 70 357 398,571 80 408 455,509
bawah,  karena  di  pengujian  sebenarnya  dengan  mesin  pun material  ditarik  ke  bawah  sambil  diputar  sampai  material patah.
Setelah melakukan simulasi pembebanan lentur maka akan didapatkan  nilai  deformasi  dari  setiap  spesimen,  semakin besar  beban  yang  diberikan  maka  semakin  besar  nilai deformasinya.  Spesimen  yang  sudah  melakukan  simulasi pembebanan  lentur  selanjutnya  melakukan  simulasi  uji fatigue .  Simulasi  uji fatigue ini  adalah  untuk  mendapatkan nilai life dan safety factor dari  spesimen  uji  ASTM  E466, dengan variasi rasio alur pasak 3:1 mm, 3:2 mm, dan 3:3 mm. Life adalah nilai siklus dari material. Safety factor adalah nilai yang menyatakan adanya potensi bahaya atau tidak. Berikut ini adalah tabel hasil dari simulasi pembebanan lentur dan uji fatigue dari setiap varian:
Dari hasil pengujian yang terdapat pada tabel 4, 5 dan 6 masing – masing memiliki nilai yang berbeda, semakin dalam kedalaman  alur  dan  semakin  besar  pembebanannya  maka umur  material  akan  semakin  pendek  dilihat  dari  minimum siklus yang di dapat. Nilai siklus minimal tertinggi terdapat pada simulasi fatigue dengan variasi rasio alur pasak 3:1 yaitu mencapai  1.000.000  siklus  sedangkan  nilai  siklus  minimal terendah  terdapat  pada  rasio  alur  pasak  3:3  yaitu  102.371
siklus.
Kemudian dari tabel di atas dapat kita lihat bahwa terdapat 3 varian pengujian yaitu 3:1 mm, 3:2 mm, dan 3:3 mm dengan 5 variasi pembebanan yaitu 40%, 50%, 60%, 70%, dan 80% dari ultimate tensile strength material.
Untuk varian 1, 2, dan 3 pada pembebanan 204 MPa dan 255  MPa  dapat  mencapai  di  atas  1.000.000  siklus  sampai material patah. Hingga pembebanan 306 MPa untuk varian 1 masih  bisa  mencapai  1.000.000  siklus,  sedangkan  varian  2 hanya dapat mencapai 402.699 dan varian 3 hanya mencapai 317.727  siklus  sampai  material  patah.  Kemudian  pada pembebanan 357 MPa untuk varian 1 mendapatkan 641.211 siklus,  varian  2  mendapatkan  201.348  siklus,  dan  varian  3 mendapatkan  166.116  siklus  sampai  material  patah.  Pada variasi pembebanan terakhir yaitu 408 MPa untuk varian 1 mendapatkan 311.218 siklus, varian 2 mendapatkan 123.921, sedangkan  varian  3  mendapatkan  102.371  siklus  sampai material patah.
Dari tabel 4, 5, 6 juga dapat dilihat nilai safety factor dari setiap hasil simulasi. Untuk hasil simulasi yang memiliki nilai safety factor di  bawah  1,  maka  dari  hasil  simulasi  tersebut dapat  mengindikasikan  pada  konsisi  real  pengujian  dengan beban  yang  diberikan  sama,  material  akan  mengalami kerusakan sebelum 1.000.000 siklus. Namun jika nilai safety factor masih di atas atau sama dengan 1 maka pada kondisi real pengujian  material  masih  dinyatakan  aman  dan  tidak mengalami kerusakan sampai 1.000.000 siklus [18].
Gambar 3.  Simulasi Uji Fatigue Rasio Alur Pasak 3:1
Gambar 4.  Simulasi Uji Fatigue Rasio Alur Pasak 3:2
Gambar 5.  Simulasi Uji Fatigue Rasio Alur Pasak 3:3
Tabel 4. Hasil Simulasi Rasio Alur 3:1 Keterangan Variasi Rasio Alur Pasak 3:1 mm Beban (%) 40 50 60 70 80 σ (MPa) 204 255 306 357 408 Deformasi (mm) 0,012 0,015 0,018 0,021 0,024 Siklus 1e06 1e06 1e06 641.211 311.218 Safety Factor 1,66 1,33 1,11 0,95 0,8 Tabel 6.
Hasil Simulasi Rasio Alur 3:3 Keterangan Variasi Rasio Alur Pasak 3:2 mm Beban (%) 40 50 60 70 80 σ (MPa) 204 255 306 357 408 Deformasi (mm) 0,013 0,016 0,019 0,022 0,025 Siklus 1e06 1e06 317.727 166.116 102371 Safety Factor 1,25 1,00 0,84 0,72 0,63 Tabel 5. Hasil Simulasi Rasio Alur 3:2
Keterangan Variasi Rasio Alur Pasak 3:2 mm Beban (%) 40 50 60 70 80 σ (MPa) 204 255 306 357 408 Deformasi (mm) 0,012 0,015 0,018 0,021 0,024 Siklus 1e06 1e06 402.699 201.348 123.921 Safety Factor 1,32 1,06 0,88 0,76 0,66
Dari  gambar  3,  4,  dan  5  dapat  dilihat  bahwa  posisi  titik yang  mendapatkan  tegangan  maksimum  sedikit  berbeda. Pada varian 1 dan 2 titik itu berada pada sudut alur pasak di posisi sudut kanan atas, ditunjukkan oleh kotak keterangan di dalam  gambar  (Gambar  3  dan  4),  tepatnya  pada node 313. Sedangkan pada varian 3, titik yang mendapatkan tegangan maksimum  ada  pada  sudut  alur  pasak  di  posisi  sudut  kiri bawah, ditunjukkan oleh kotak keterangan di dalam gambar (Gambar  5),  tepatnya  pada node 8993.  Hal  ini  disebabkan karena  kedalaman  alur  yang  berbeda  dari  setiap  varian menghasilkan titik-titik konsentrasi tegangan yang berbeda. Semakin  bertambah  kedalaman  alur  maka  akan  semakin dekat  titik  konsentrasi  tegangan  dengan  permukaan  yang diberikan beban, karena saat diberikan beban pada alur pasak yang  lebih  dalam,  luas  penampang  yang  terdampak  akan semakin  kecil  luasannya  sehingga  rambatan  tegangan  akan terhenti pada titik yang dekat dengan takikkan.
Dapat dilihat pada gambar 3, 4, dan 5 bahwa daerah yang mengalami  kelelahan fatigue ditunjukkan  oleh  daerah  yang berwarna  merah  yang  terdapat  pada radius fillet  dari  alur pasak. Semakin dalam alur pasak maka daerah radius fillet tersebut akan semakin berwarna merah, hal ini menunjukkan bahwa di daerah tersebut terjadi konsentrasi tegangan yang lebih tinggi dan akan menimbulkan kerusakan saat digunakan sebagai poros.
Konsentrasi  tegangan  yang  terjadi  pada radius fille t alur pasak disebabkan karena posisi radius fillet tersebut berada pada sudut lekukan dari bentuk alur pasak. Ketika material diberi  beban  maka  tegangan  yang  lebih  besar  akan  terjadi pada sudut-sudut alur pasak tersebut.
Tegangan  yang  lebih  besar  juga  dapat  terjadi  karena perbedaan luas penampang pada setiap varian spesimen. Luas penampang pada varian 1 lebih besar dibandingkan varian 2 dan  varian  3  karena  kedalaman  alur  varian  2  dan  varian  3 lebih dalam 1 mm dan 2 mm dibandingkan dengan varian 1. Semakin  dalam  kedalaman  alur  maka  luas  penampang tegangan akan semakin kecil sehingga tegangan yang bekerja pun akan semakin besar. Pada gambar 3, 4, dan 5 dibuktikan dengan  luasan  warna  merah  pada  sudut-sudut  alur  pasak, pada  varian  1  luasannya  hanya  titik  kecil,  varian  2  mulai membesar, dan varian 3 luasan yang berwarna merah semakin melebar yang mengindikasikan tegangan yang bekerja lebih besar.
Deformasi  yang  terjadi  dari  hasil  pengujian  juga dibuktikan oleh data pada tabel 4, 5, dan 6. Terlihat bahwa nilai deformasi pada varian 3 lebih besar dari varian 1 dan 2, hal ini mengindikasikan bahwa pada varian 3 material lebih mudah  ter  deformasi  dengan  beban  yang  sama  sehingga material akan lebih cepat mengalami kerusakan.
Kedalaman  alur,  konsentrasi  tegangan,  dan  deformasi nilainya berbanding lurus, artinya semakin besar kedalaman alur  maka  akan  semakin  besar  konsentrasi  tegangan  yang bekerja  dan  deformasi  material  nilainya  akan  lebih  besar, begitu  juga  sebaliknya.  Tetapi  ketiga  nilai  tersebut  akan berbanding terbalik dengan luas penampang untuk tegangan yang  bekerja,  semakin  besar  kedalaman  alur,  konsentrasi tegangan,  dan  defomasi,  maka  akan  semakin  kecil  luas penampang yang menahan tegangan yang bekerja.
Setelah  melakukan  simulasi  uji fatigue dan  simulasi pembebanan  lentur  maka  dari  data  yang  dihasilkan,  dapat dibuat  kurva  S-N  dari  hasil  pengujian.  Kurva  S-N  ini
memudahkan untuk melihat umur material. Berikut ini adalah kurva S-N sesuai dengan variannya.
Gambar 6.  Kurva S-N Varian 1
Gambar 7.  Kurva S-N Varian 2
Gambar 8.  Kurva S-N Varian 3
Kurva S-N ini menunjukkan sampai pada siklus ke berapa material mengalami kerusakan. Pada kurva S-N dapat dilihat bahwa hasil simulasi pengujian, variasi rasio alur pasak yang paling  kuat  terhadap fatigue adalah  rasio  3:1  mm,  pada pembebanan 70% varian 1 menerima beban sebesar 357 MPa dan  mendapat  siklus  minimal  641.211  siklus.  Sedangkan pada  variasi  rasio  alur  pasak  3:2  mm  material  akan mengalami  kerusakan  pada  pembebanan  60%  dengan menerima  beban  sebesar  306  MPa  dan  mendapat  siklus minimal  402.699  siklus.  Kemudian  nilai  kekuatan fatigue terendah didapat pada variasi rasio alur pasak 3:3 mm, pada pembebanan  60%  menerima  beban  sebesar  306  MPa mendapatkan siklus minimal 317.727 siklus. Kedalaman alur pasak sangat berperngaruh terhadap umur material, terbukti pada varian 1 material masih tahan sampai 1.000.000 siklus hingga  pembebanan  60%  dari ultimate tensile strength material,  sedangkan  pada  varian  2  dan  3,  material  akan mengalami  kerusakan  pada  pembebanan  yang  sama  yaitu 60%  dari ultimate tensile strength material,  terbukti  pada
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 500000 1000000
1500000 Kurva S-N Varian 1 Beban 80% Beban 70% Beban 60% Beban 50% Beban 40% 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 500000 1000000 1500000 Kurva S-N Varian 2
Beban 80% Beban 70% Beban 60% Beban 50% Beban 40% 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 500000 1000000 1500000 Kurva S-N Varian 3
Beban 80% Beban 70%
Beban 60%
Beban 50% Beban 40%
siklus  minimal  yang  didapat  dari  hasil  simulasi  pengujian. Jadi pada simulasi dengan variasi rasio alur pasak ini semakin besar rasio nya dan beban sudah melebihi 50% dari ultimate tensile strength material, maka material tersebut terindikasi akan mengalami kerusakan akibat kegagalan fatigue .
Gambar 9.  Kurva S-N Beban 80%
Grafik di atas menunjukkan perbedaan umur material pada pembebanan yang sama yaitu 80% dengan varian rasio alur pasak  yang  berbeda.  Terlihat  bahwa  varian  3  atau  X3 umurnya lebih pendek dibandingkan dengan varian 2 atau X2 dan  varian  1  atau  X1.  Umur  varian  1  bisa  menjadi  lebih panjang dikarenakan konsentrasi tegangan yang bekerja lebih sedikit dibandingkan varian 2 dan varian 3.
Tegangan dapat didefinisikan sebagai besaran gaya yang bekerja pada suatu luas permukaan benda, secara matematis dituliskan dengan persamaan sebagai berikut [19]:
𝜎 (2)
σ    = Tegangan (Pa) F    = Gaya yang bekerja (N) A   = Luas permukaan (m)
Untuk  perhitungan  tegangan  yang  bekerja  pada  setiap varian  adalah  gaya  yang  bekerja  dibagi  dengan  luas penampang  yang  terdampak.  Berdasarkan  persamaan  (2), persamaan  untuk  perhitungan  tegangan  yang  bekerja  pada setiap varian adalah sebagai berikut:
𝜎 , (3)
σ work = Tegangan yang bekerja (Pa) w     = Beban lentur (N) r      = Jari-jari diameter tengah (m) lt = Panjang silinder tengah (m) a      = Kedalaman alur pasak (m)
Untuk luas penampangnya adalah luas permukaan silinder bagian tengah dikurangi dengan luas permukaan dinding alur pasak. Merujuk pada persamaan (3), hasil perhitungan yang didapat  pada  varian  1  didapatkan  tegangan  yang  bekerja sebesar  1,28  MPa,  varian  2  tegangan  yang  bekerja  sebesar 1,41 MPa, sedangkan varian 3 tegangan yang bekerja sebesar 1,56 MPa.
Dari  hasil  perhitungan  tegangan  ini  dapat  dilihat  bahwa varian  1  tegangan  yang  bekerjanya  nilainya  paling  kecil karena total luas penampang yang terkena gaya masih lebih besar dibandingkan 2 varian lainnya dan kedalaman alur yang tidak terlalu dalam menyebabkan konsentrasi tegangan yang
bekerja pada lekukan alur tidak terlalu besar sehingga hanya berpengaruh kecil terhadap fatigue .
Oleh sebab itu untuk varian 1 umur fatigue nya akan lebih lama dibandingkan dengan varian 2 dan varian 3. Sedangkan varian 2 dan varian 3 dilihat dari grafik S-N pada gambar 9 memiliki kemiripan grafik karena beban yang bekerja lebih besar  juga  kedalaman  alur  yang  bertambah  menyebebkan konsentrasi  tegangan  di  lekukan  pada  alur  pasak  di  kedua varian ini menjadi lebih besar karena luas penampang yang menerima  gaya  menjadi  lebih  kecil  luasannya  seiring bertambahnya  kedalaman  alur  sehingga  menyebabkan material  akan  cepat  patah  dan  umur  material  akan  lebih pendek.

## IV. KESIMPULAN
Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Kedalaman alur pasak sangat berpengaruh terhadap umur fatigue material.  Semakin  dalam  alur  pasak  maka  umur lelah  material  akan  semakin  pendek  dan  begitu  juga sebaliknya.
2. Rasio  alur  pasak  yang  lebih  cepat  mengalami  kegagalan fatigue adalah  3:3  yaitu  3  mm  lebar  pasak  dan  3  mm kedalaman  pasak  dengan  pembebanan  80%  sebesar  408 MPa mendapatkan siklus minimal 102.371 dan nilai safety factor 0,63  yang  mana  nilai safety factor di  bawah  1 mengindikasikan  akan  terjadi  kegagalan fatigue pada material sebelum mencapai 1.000.000 siklus.
3. Semakin besar beban yang diberikan saat pengujian akan semakin  besar  juga  tegangan  yang  bekerja  pada penampang. Secara berurutan nilai tegangan yang bekerja pada  penampang  adalah  1,28  MPa,  1,41  MPa,  dan  1,56 MPa.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  S.  Sunardi,  E.  Listijorini,  and  R.  Sandro,  “Pengaruh  Bentuk  Bukaan Terhadap Kekuatan dan Getaran Balok,” Sintek J. Mesin Teknol. , vol. 12, no. 2, pp. 107–112, 2018.
[2]  Sunardi,  E.  Listijorini,  and  M.  Sahroni,  “PENGARUH  JARAK  SEL BUKAAN  BALOK  TERHADAP  KEKUATAN  MATERIAL  DAN KARAKTERISTIK GETARAN,” Mach. ; J. Tek. Mesin , vol. 2, no. 2, pp. 6–10, 2016.
[3]  M.  Blatnická,  M.  Sága,  P.  Kopas,  and  M.  Handrik,  “Numerical simulation  and  experimental  verification  of  torsion  fatigue  tests  for material Weldox,” Transp. Res. Procedia , vol. 40, pp. 631–638, 2019, doi: 10.1016/j.trpro.2019.07.090.
[4]  E.  Budiyanto,  E.  Nugroho,  and  A.  Zainudin,  “Uji  Ketahanan  Fatik Aluminium Scrap Hasil Remelting Piston Bekas Menggunakan Alat Uji Fatik Tipe Rotary Bending,” Turbo  J. Progr. Stud. Tek. Mesin , vol. 7, no. 1, 2018, doi: 10.24127/trb.v7i1.717.
[5]  L.  Wang,  Y.  Chen,  C.  Wang,  and  Q.  Wang,  “Fatigue  life  analysis  of aluminum  wheels  by  simulation  of  rotary  fatigue  test,” Stroj. Vestnik/Journal Mech. Eng. , 2011, doi: 10.5545/sv-jme.2009.046.
[6]  R.  Rahmatullah  and  R.  Ahmad,  “Analisa  Pengujian  Lelah  Material Bronze  Dengan  Menggunakan  Rotary  Bending  Fatigue  Machine,” J. Rekayasa Mater. Manufaktur dan Energi , vol. 1, no. 1, pp. 1–11, 2018, doi: 10.30596/rmme.v1i1.2430.
[7]  O. A. Zambrano, J. J. Coronado, and S. A. Rodríguez, “Failure analysis of  a  bridge  crane  shaft,” Case Stud. Eng. Fail. Anal. ,  2014,  doi: 10.1016/j.csefa.2013.12.002.
[8]  N. L. Pedersen, “Stress concentrations in keyways and optimization of keyway design,” J. Strain Anal. Eng. Des. , vol. 45, no. 8, pp. 593–604, 2010, doi: 10.1243/03093247JSA632.
[9]  I. Isranuri, S. Abda, F. Ariani, D. T. Mesin, F. Teknik, and U. S. Utara, “Pengujian Fatik Pada Material Paduan Aluminium,” no. 3, pp. 51–59, 2017.
[10]  S. O. Afolabi, B. I. Oladapo, C. O. Ijagbemi, A. O. M. Adeoye, and J.
F.  Kayode,  “Design  and  finite  element  analysis  of  a  fatigue  life prediction  for  safe  and  economical  machine  shaft,” J. Mater. Res. Technol. , vol. 8, no. 1, pp. 105–111, 2019, doi: 10.1016/j.jmrt.2017.10.007.
[11]  B. Engel, S. Sara,  and  A.-M. Hassan, “Failure Analysis  and Fatigue Life Estimation of a Shaft of a Rotary Draw Bending Machine,” Int. Sch. Sci. Res. Innov. , vol. 11, no. 11, pp. 1785–1790, 2017.
[12]  M. T. Ozkan and F. Erdemir, “Determination of stress concentration factors for shafts under tension,” Mater. Test. , vol. 62, no. 4, pp. 413– 421, 2020, doi: 10.3139/120.111500.
[13]  S. P. Raut and L. P. Raut, “A review of various methodologies used for shaft failure analysis,” Int. J. Eng. Res. Gen. Sci. , vol. 2, no. 2, pp. 159– 171, 2014.
[14]  B. Pratowo and N. Apriansyah, “Analisis Kekuatan Fatik Baja Karbon Rendah  SC10  Dengan  Tipe  Rotary  Bending,” J. Tek. Mesin Univ. Bandar Lampung , vol. 2, no. 1, pp. 49–58, 2016.
[15]  AzoM, “Stainless Steel - Grade 410 ( UNS S41000 ),” pp. 1–5, 2001.
[16]  G. E. Dieter, Mechanical metallurgy. 2011.
[17]  V. L. H. Vlack, Ilmu dan Teknologi Bahan (Ilmu Logam dan Bukan Logam) . 1994.
[18]  J.  Marta,  “Simulasi  Pengujian  Fatigue  Pada  Fork  Racing  Bicycle Menggunakan Standar Cen 14781,” 2016.
[19]  E.  Sutikno,  “ANALISIS  TEGANGAN  AKIBAT  PEMBEBANAN STATIS  PADA  DESAIN  CARBODY  TeC  RAILBUS  DENGAN METODE ELEMEN HINGGA,” J. Rekayasa Mesin , 2011.