Electronic Theses and Dissertation

Poros engkol merupakan komponen utama pada mesin pembakaran dalam yang bekerja di bawah pembebanan siklik berupa kombinasi beban lentur dan puntir, sehingga rentan mengalami kegagalan akibat kelelahan material, khususnya pada daerah dengan konsentrasi tegangan tinggi dan adanya cacat awal. Penelitian ini bertujuan menganalisis pengaruh variasi lokasi cacat terhadap mekanisme kegagalan poros engkol menggunakan Metode Elemen Hingga (Finite Element Method/FEM). Model geometri poros engkol dibuat berdasarkan dimensi aktual dan dianalisis menggunakan ANSYS Mechanical pada dua kondisi, yaitu tanpa cacat dan dengan cacat pada fillet crank pin, fillet main journal, dan oil hole. Material yang digunakan adalah ASTM A536 Grade 80-55-06. Parameter yang dievaluasi meliputi distribusi tegangan Von Mises, regangan, dan faktor intensitas tegangan Mode I (KI). Hasil simulasi menunjukkan bahwa pada kondisi tanpa cacat, tegangan Von Mises maksimum sebesar 364,18 MPa masih berada di bawah batas luluh material 379,2 MPa, sehingga struktur dinilai aman. Namun, pada kondisi dengan cacat diperoleh nilai KI sebesar 45–57 MPa√m, seluruhnya melebihi ketangguhan retak material (KIC) sebesar 32,8934 MPa√m. Nilai KI tertinggi sebesar 57 MPa√m terjadi pada fillet main journal dengan kedalaman retak 0,6 mm. Hasil ini menunjukkan bahwa peningkatan kedalaman retak meningkatkan konsentrasi tegangan di ujung retak dan memperbesar potensi propagasi retak serta kegagalan akibat fatigue. Dengan demikian, lokasi cacat memiliki pengaruh signifikan terhadap perilaku kegagalan poros engkol, dan FEM efektif digunakan untuk memprediksi serta mengevaluasi potensi perambatan retak pada komponen mesin.
Kata Kunci: Poros engkol, analisis tegangan, metode elemen hingga, kegagalan material, faktor intensitas tegangan

The crankshaft is a primary component of an internal combustion engine that operates under cyclic loading in the form of combined bending and torsional stresses, making it susceptible to fatigue failure, particularly in regions with high stress concentration and the presence of initial defects. This study aims to analyze the effect of defect location variations on the failure mechanism of a crankshaft using the Finite Element Method (FEM). The crankshaft geometry was modeled based on actual dimensions and analyzed using ANSYS Mechanical under two conditions: a defect-free condition and conditions with defects located at the crank pin fillet, main journal fillet, and oil hole. The material used in this study was ASTM A536 Grade 80-55-06. The evaluated parameters included Von Mises stress distribution, strain, and Mode I Stress Intensity Factor (KI). The simulation results showed that, in the defect-free condition, the maximum Von Mises stress was 364.18 MPa, which is below the material yield strength of 379.2 MPa, indicating that the structure remains in a safe condition. However, in the presence of defects, the calculated KI values ranged from 45 to 57 MPa√m, all exceeding the material fracture toughness (KIC) of 32.8934 MPa√m. The highest KI value, 57 MPa√m, was observed at the main journal fillet with a crack depth of 0.6 mm. These results indicate that increasing crack depth leads to higher stress concentration at the crack tip, thereby increasing the potential for crack propagation and fatigue-induced failure. Therefore, defect location has a significant influence on the failure behavior of the crankshaft, and the Finite Element Method is effective for predicting and evaluating crack propagation potential in mechanical components. Keywords: Crankshaft, stress analysis, finete element method, material failure, stress intensity factor