Perpustakaan Digital ITB

INVESTIGASI ANALITIK DAN NUMERIK TERHADAP TEGANGAN LELAH PADA DAERAH WELD TOE POROS RONGGA MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA DALAM KONDISI STATIK DAN KONDISI OPERASI TESIS Karya tulis sebagai satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh LEO WIJAYA NIM : 23124059 Program Studi Magister Teknik Mesin INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Agustus 2026 i ABSTRAK INVESTIGASI ANALITIK DAN NUMERIK TERHADAP TEGANGAN LELAH PADA DAERAH WELD TOE POROS RONGGA MENGGUNAKAN METODE ELEMEN HINGGA DALAM KONDISI STATIK DAN KONDISI OPERASI Oleh LEO WIJAYA NIM : 23124059 (Program Studi Magister Teknik Mesin) Penelitian ini membahas evaluasi kegagalan retak yang muncul pada poros berongga agitator xanthator, khususnya pada daerah weld toe. Pada agitator xanthatorterdapat 14 posisi sambungan las circumferential fillet dan keretakan hanya terjadi pada posisi weld toe 6, 7, 8, dan 9 dari 12 unit agitator yang beroperasi. Tujuan penelitian ini adalah menganalisa tegangan yang terdapat pada weld toe agitator menggunakan dua metode: (1) pendekatan analitik berbasis teori balok Euler-Bernoulli dengan diagram benda bebas dan faktor konsentrasi tegangan (SCF), serta (2) simulasi numerik menggunakan Abaqus dengan pemodelan geometri 3D dengan pembebanan statis (gravitasi, sentrifugal, hambat fluida, dan torsi motor). Hasil analitik menunjukkan tegangan lentur global di daerah weld toe sebesar 10,60 MPa, yang setelah dikalikan dengan stress concentration factor (SCF) 1,21 menghasilkan tegangan puncak sebesar 12,95 MPa. Sedangkan, simulasi numerik menunjukkan tegangan S11 di weld toe sebesar 16,22 MPa setelah ekstrapolasi nilai tegangan sesuai dengan rekomendasi International Institute of Welding. Perbedaan antara kedua metode disebabkan oleh asumsi SCF yang digunakan pada pendekatan analitik yang menggunakan boundary fillet on stepped shaft, sebagai konsekuensi dari tidak ada-nya nilai SCF untuk circumferential fillet weld. Meskipun geometri pengelasan dimodelkan ideal (segitiga sama kaki), metode numerik dinilai lebih representatif terhadap kondisi aktual. Kedua metode baik analitik maupun numerik memberikan nilai tegangan weld toe yang jauh di bawah endurance limit material Q345 (~99,9 MPa), sehingga terjadinya retak setelah ~ 6 tahun operasi mengindikasikan adanya faktor dominan lain yang berkontribusi, yaitu tegangan sisa akibat proses pengelasan multi-layer multi-pass, geometri aktual pengelasan, dan interaksi aktual dengan fluida. Penelitian ini menyimpulkan kegagalan fatigue bukan disebabkan oleh beban operasi (gravitasi dan sentrifugal) dan SCF dengan geometri circumferential fillet weld multi-pass multi-layer dapat didekati dengan nilai 1,50.