Volume  8 No.1 Januari 2016 ISSN : 2085 – 1669 e-ISSN : 2460 – 0288 Website : jurnal.ftumj.ac.id/index.php/jurtek Email :  jurnalteknologi@ftumj.ac.id

## U  N  I  V  E  R  S  I  T  A  S   M  U  H  A  M  M  A  D  I  Y  A  H   J  A  K  A  R  T  A

## OPTIMASI DESAIN RANGKA SEPEDA BERBAHAN BAKU KOMPOSIT BERBASIS METODE ANOVA
Ahmad Yakub 1 ,* , Djoko W. Karmiadji 2 , Anwar Ilmar Ramadhan 3
1 Staf Pengajar Program Studi Teknik Mesin President University, Bekasi
2 Staf Pengajar Program Studi Magister Teknik Mesin Universitas Pancasila, Jakarta
3 Staf Pengajar Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Jakarta, Jakarta
1,* Email: yakub_dewantara@yahoo.co.id
Diterima: 1 September 2015 Direvisi: 29 September 2015 Disetujui: 6 Oktober 2015

## ABSTRAK
Pada dasarnya kriteria frame yang baik adalah memilki kekuatan dan kekakuan yang tinggi tetapi ringan dan mempunyai ketahanan terhadap korosi. Berdasarkan kriteria tersebut digunakanlah material komposit, dimana dapat diperoleh kriteria yang lebih baik dibandingkan dengan frame baja atau alumunium, Frame dapat dibuat lebih  kuat  dan  ringan,  tetapi  yang  lebih  penting,  desainer  dapat  mengontrol  karakteristik  pengendalian  dan tidak  dibatasi  oleh  penggunaan  metal.  Adapun  tujuan  dilakukan  penelitian  ini  adalah  menganalisa  kondisi optimum  desain  rangka  sepeda  dengan  metode  Taguchi  dan  analisis  ANOVA.  Berdasarkan  hasil  analisis pengolahan  data  dengan  kondisi  desain  optimum  yg  memberikan  Tegangan  Von  Mises  (MPa)  yang  besar adalah  :  A2    B2    C3  atau  yang  dilakukan  perhitungan  dengan  kondisi  desain  menggunakan  Seat  Tube  Angle sebesar 72 o , dengan pergeseran Head Tube 0.2 mm dan beban pengendara sebesar 90 kg. Analisis perhitungan dengan ANOVA untuk mengetahui pengaruh masing-masing faktor terhadap perhitungan Tegangan Maksimum pada  sepeda  berbahan  komposit,  yaitu  :  Faktor  A  (Seat  Tube  Angle)  sebesar  85%  memiliki  pengaruh  yang sangat  besar,  dibandingkan  dengan  faktor  C  (Beban  Pengendara)  sebesar  10%,  selanjutnya  untuk  faktor  B (Pergeseran Head Tube) memiliki pengaruh 1%.
Kata kunci : rangka sepeda, komposit, metode taguchi, ANOVA

## ABSTRACT
Basically  the  criteria  of  a  good  frame  is  to  have  high  strength  and  stiffness  but  light  and  have  resistance  to corrosion. Based on these criteria is used composite materials, which can be obtained better  criteria than steel or aluminum frames, frames can be made stronger and lighter, but more importantly, the designer can control the characteristics of control and is not limited by the use of  metal. The purpose of this research is to analyze the condition of optimum design of bicycle frame with the Taguchi method and analysis of ANOVA. Based on the  analysis  of  data  processing  with  the  conditions  of  optimum  design  that  provide  voltage  Von  Mises  (MPa) large is: A2 B2 C3 or do calculations with the design conditions using the Seat Tube Angle at 72o, by shifting Head Tube 0.2 mm and load the driver at 90 kg , Calculation analysis by ANOVA to determine the effect of each factor to the calculation of Voltage Maximum on a bicycle made from composites, namely: A Factor (Seat Tube Angle)  of  85%  had an  enormous  influence,  compared  with  C  factor  (Expense  rider)  by  10%,  next  to  B  factor (Shift Head Tube) has the effect of 1%.
Keywords : bike frame, composite, Taguchi method, ANOVA

## PENDAHULUAN
Pada  umumnya frame sepeda  dibuat menggunakan material baja atau alumunium. Akan tetapi,  akibat  adanya  kebutuhan  dalam  bentuk bersepeda  seperti off-road , downhill  racing ,  atau spending , dibutuhkan frame sepeda yang memadai untuk  aktivitas-aktivitas  tersebut,  yaitu  yang memiliki  kekuatan  tinggi  tetapi  ringan,  sehingga beberapa  produsen  sepeda  terkemuka  membuat sepeda komposit.
Pada  dasarnya  kriteria frame yang  baik adalah  memilki  kekuatan  dan  kekakuan  yang tinggi  tetapi  ringan  dan  mempunyai  ketahanan terhadap  korosi.  Berdasarkan  kriteria  tersebut digunakanlah  material  komposit,  dimana  dapat diperoleh  kriteria  yang  lebih  baik  dibandingkan dengan frame baja  atau  alumunium, Frame dapat dibuat  lebih  kuat  dan  ringan,  tetapi  yang  lebih penting, desainer dapat  mengontrol  karakteristik pengendalian  dan  tidak  dibatasi  oleh  penggunaan metal .
Didalam  penelitian  ini  akan  dilakukan optimasi  desain  dari  rangka  sepeda  dengan menggunakan  bahan  baku  komposit,  dengan memperhatikan kriteria pengujian-pengujian didalam pembuatan rangka sepeda dengan menggunakan metode eksperimen Taguchi.

## Permasalahan
Berdasarkan  Latar  Belakang  diatas  akan dilakukuan Penelitian Mengenai   kondisi optimum desain rangka sepeda dengan menggunakan  desain rangka  yang  optimal  dengan  bantuan  program Finite Elemen Analysis (FEA) seperti Software Pro Engineer .
Faktor  yang  digunakan  dalam  penelitian ini  adalah:  faktor  pada  dimensi  rangka  sepeda seperti: Seat Tube Angle (STA), Head Tube , beban pengendara  yang  diberikan  untuk  simulasi  rangka sepeda.

## Perumusan Masalah Penelitian
Untuk  Menyelesaikan  masalah  diatas, penulis  mencoba  membuat  batasan  rumusan masalah dalam penelitian ini sebagai berikut :
1. Seberapa besar pengaruh faktor Beban Pengendara Terhadap  Pergeseran Head  Tube dan Seat  Tube angel daripada rangka sepeda dengan menggunakan bahan baku komposit?
2. Kondisi  optimum  daripada    Beban  Pengendara Terhadap  Pergeseran Head  Tube dan Seat  Tube angel rangka  sepeda  berbahan  baku  komposit dengan menggunakan  metode Taguchi?

## Tujuan Penelitian
Tujuan  Utama  yang  diinginkan  dicapai  dari penelitian ini ada 2 (dua) yaitu sebagai berikut :
1. Mempelajari  seberapa  besar  pengaruh  faktor Beban  Pengendara  Terhadap  Pergeseran Head
Tube dan Seat Tube angel rangka sepeda berbahan baku komposit.
2. Menganalisa  kondisi  optimum  Beban  Pengendara Terhadap  Pergeseran Head  Tube dan Seat  Tube angel rangka  sepeda  dengan  metode  Taguchi  dan analisis ANOVA.

## Manfaat Penelitian
Dari  hasil  penelitian  ini  diharapkan  akan mempunyai manfaat teoritis yaitu :
1. Optimasi  desain  rangka  sepeda  berbahan baku  komposit. Sehingga dapat  memperbaiki perancangan rangka sepeda yang sudah ada.
2. Apabila  dilakukan  optimasi  desain  dari rangka  sepeda  tersebut  dapat  meningkatkan proses  produksi  dan  juga  biaya  material bahan baku pembuatan rangka sepeda.

## METODOLOGI PENELITIAN
Untuk  memperoleh  gambaran  yang  jelas, tentang  langkah-langkah  pemecahan  masalah, maka  dibuatlah  diagram  alir  pemecahan  masalah, seperti yang ditunjukkan pada  Gambar 1. dibawah ini:

## Gambar 1. Diagram alir penelitian

## Tempat Penelitian
Pascasarjana  Teknik  Mesin  Universitas Pancasila,  obyek  yang  diteliti  adalah  desain kerangka  sepeda  gunung  dengan  menggunakan material komposit.
Mulai Selesai Studi literatur permasalahan Perhitungan desain kerangka sepeda Penggunaan metode Taguchi
Mencari kondisi optimum
Optimum desain? Desain yang digunakan dalam Pembuatan kerangka sepeda Analisis perhitungan dan pembahasan
Ya Tidak

## Metode Penelitian
Metode  yang  digunakan  dalam  optimasi  desain kerangka sepeda ini adalah dengan memperhatikan dan  menggunakan  dari  faktor  dimensi  dari  rangka sepeda gunung. Selanjutnya dilakukan perhitungan untuk  menentukan  kondisi  optimum  dengan menggunakan metode Taguchi.
Dengan menggunakan metode eksperimen Taguchi dapat  dibuatkan  Tabel  1.  yaitu  tabel  yang  memuat jumlah  variabel/faktor  dari  ekperimen  dan  level yang berkaitan.
Tabel  1.  Variabel/faktor  dan  level  di  metode Taguchi

## ANALISIS DATA DAN HASIL PENELITIAN

## Analisis data
Analisis  data  pada  penelitian  ini  terdiri  dari dua tahap, yaitu tahap pengumpulan data dan tahap pengolahan  data.  Pengumpulan  data  meliputi kegiatan pengujian dan pengambilan data. Pengolahan  data  meliputi  pengelompokan  data, analisis  variasi,  identifikasi  factor  dominan,  dan memperkirakan hasil yang optimum.

## Uji Frame (Rangka) Sepeda
Tabel 2. Fraksi massa spesimen No Jumlah Lapisan (Layer) Massa Total (gram) Massa Serat (gram) Massa Resin (gram) Fraksi massa (Serat:resin) 1 2 74.60 44.20 30.40 59.20 : 40.80 2 4 130.60 88.30 42.30 67.60 : 32.40 3 6 550.00 300.00 250.00 55.00 : 45.00

## Fraksi volume spesimen
Tabel 3. Fraksi volume Spesimen
N o Jumla h Lapisa n (Layer ) Volu me serat (cc) Volu me resin (cc) Volu me Total (cc) Fraksi Volu me Massa jenis kompo sit (gr/cm 3 ) 1 2 17.40 27.40 44.80 39:61 1.66 2 4 34.70 38.10 72.86 48:52 1.80 3 6 118.1 1
225.2 2
343.3 3 34:66 1.60
Dengan ρ serat WR 400 = 2.54 [gr/cm 3 ] dan ρ resin = 1.11 [gr/cm 3 ]

## Hasil uji tarik pada ketebalan 2 layer
Tabel 4. Hasil Uji Tarik pada Ketebalan 2 Layer
N o Juml ah Lapis an (Laye r) Leb ar (m m) Teb al (m m) Beban Maksim um (kg) Tegang an Maks (kg/m m2) Modul us Youn g (MPa) 1 2 8.30 1.1 0 234.80 25.60 2122. 00 2 2 7.00 1.1 0 171.90 22.30 1951. 20 3 2 7.20 1.1 0 167.90 21.20 2387. 20 Rata-rata 7.50 1.1 0 191.50 23.00 2153. 50
tegangan  maksimum  sebesar  23.00  kg/mm 2 atau sekitar  225.40  MPa  dan  kekuatan  tarik  maksimum rata-rata sebesar 191.50 kg.

## Hasil uji tarik pada ketebalan 4 layer
Tabel 5. Hasil Uji Tarik pada Ketebalan 4 Layer N
o Jumla h Lapis an (Laye r) Leb ar (mm ) Teb al (mm ) Beban Maksimu m (kg) Tegang an Maks (kg/mm 2 ) Modul us Young (MPa) 1 4 6.70 1.95 313.30 235.20 14340. 00 2 4 7.25 1.95 288.70 200.30 15470. 00 3 4 7.20 1.95 343.10 239.70 15010. 00 Rata-rata 7.05 1.95 315.00 225.10 14940. 00
Tegangan  maksimum  sebesar  225.10  kg/mm 2 dan kekuatan  tarik  maksimum  rata-rata  sebesar  315.00 kg.

## Hasil uji tarik pada ketebalan 6 layer
Tabel 6. Hasil Uji Tarik pada Ketebalan 6 Layer N o Jumla h Lapis an (Laye r) Leb ar (mm ) Teb al (mm ) Beban Maksimu m (kg) Tegang an Maks (kg/mm 2 ) Modul us Young (MPa) 1 6 8.20 4.70 701.50 178.60 13030. 00 2 6 7.55 4.35 734.10 219,30 10510. 00 3 6 6.90 4.35 567.40 185.40 11890. 00 Rata-rata 7.55 4.47 667.70 194.40 11810. 00
Tegangan  maksimum  sebesar  194.40  kg/mm 2 dan kekuatan  tarik  maksimum  rata-rata  sebesar  667.70 kg.
Kode Variabel  Bebas  / Faktor Level 1 Level 2 Level 3 A Seat  Tube  Angle (STA) ( o ) 62 72 82 B Pergeseran Head Tube (mm) 0.1 0.2 0.3 C Berat  pengendara (kg) 70 80 90
Tabel  7.  Kekuatan  tarik  sesuai  dengan  jumlah lapisan
Jumlah Lapisan (Layer) Beban Maksimum (kg) Tegangan Maks (kg/mm 2 ) 2 191.50 225.40 4 315.00 225.10 6 667.70 194.40
Grafik  hubungan  antara  jumlah  lapisan  terhadap kekuatan tarik [kg] dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar  2.  Hubungan  antara  lapisan  terhadap kekuatan tarik
Grafik  hubungan  antara  jumlah  lapisan  terhadap tegangan  maksimum  [kg/mm 2 ]  dapat  dilihat  pada Gambar 3.
Gambar  3.  Hubungan  antara  lapisan  terhadap tegangan maksimum

## Perbandingan hasil uji tarik
Tabel 8. Data perbandingan hasil uji tarik
Jumlah Lapisan (Layer) Tegangan Maks (Software Pro Engineer) (MPa) Tegangan Maks (MPa) 2 227.19 225.40 4 224.78 225.10 6 194.22 194.40
Tabel  9.  Pengaruh  rata-rata  STA  62 o terhadap tegangan maksimum
Tabel    10.  Pengaruh  rata-rata  faktor  terhadap masing-masing level
Tabel  11.  Kondisi  optimum  dari  hasil  perhitungan dengan metode Taguchi
Diagram Body Bebas
Gambar 4. Pemodelan hasil perhitungan
Diagram perhitungan ANOVA untuk perhitungan tegangan maksimum terhadap besarnya pengaruh dari masing-masing faktor.
Gambar  5.  Diagram  ANOVA  pada  Tegangan Maksimum No. pengujian Level
Seat Tube Angle (STA) ( o ) Tegangan  Von  Mises (MPa) 1 62 219.23 2 62 223.04 3 62 231.37 Rata-Rata 224.55
No Uraian Notasi Tegangan Von Misses (MPa) 1 Pengaruh rata-rata STA 62 o A1 224.55 2 Pengaruh rata-rata STA 72 o A2 252.33 3 Pengaruh rata-rata STA 82 o A3 250.20 4 Pengaruh rata-rata pergeseran HT 0.1 mm B1 239.80 5 Pengaruh rata-rata pergeseran HT 0.2 mm B2 242.36 6 Pengaruh rata-rata pergeseran HT 0.3 mm B3 244.92 7 Pengaruh rata-rata beban pengendara 70kg C1 238.58 8 Pengaruh rata-rata beban pengendara 80kg C2 239.95 9 Pengaruh rata-rata beban pengendara 90kg C3 248.54
Kondisi Desain Seat Tube Angle (STA) ( o ) Pergeseran Head Tube (mm) Berat pengenda ra (kg) Tegangan Von Mises (MPa) 5 72 0.2 90 259.53
Tabel  12.  Kondisi  optimum  dari  hasil  perhitungan dengan metode Taguchi
Kondisi Desain Seat Tube Angle (STA) ( o ) Pergeseran Head Tube (mm) Berat pengendara (kg) Tegangan Von Mises (MPa) 5 72 0.2 90 259.53 Gambar Tampilan (Frame) rangka sepeda Komposit tampak atas seperti pada Gambar 6.
Gambar 6. Frame rangka sepeda komposit tampak atas
Gambar  tampak  samping  rangka  sepeda  komposit dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Frame rangka sepeda komposit tampak samping
Gambar analisis perbandingan pembebanan terhadap tegangan Von Misses pada rangka sepeda komposit dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar  8.  Analisis  perbandingan  pembebanan terhadap tegangan Von Misses
Gambar posisi analisis grafik tegangan Von Misses pada  rangka  sepeda    komposit  dapat  dilihat  pada Gambar 9.
Gambar  9.  Analisis  grafik  tegangan  Von  Misses terhadap rangka sepeda komposit
Gambar  Analisis  Tegangan  dan  Regangan  Pada Rangka  Sepeda  Komposit  dapat  dilihat  pada Gambar 10.
Gambar  10.  Analisis  tegangan  dan  regangan  pada rangka sepeda komposit
Gamba  Analisis  Pergeseran  dan  Tekanan  Pada Rangka Sepeda Komposit dapat dilihat Gambar 11.
Gambar  11.  Analisis  pergeseran  dan  tekanan  pada rangka sepeda komposit

## KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan Berdasarkan  analisa  hasil  pengolahan  data dengan menggunakan metode  Taguchi dan
ANOVA    dapat  di  ambil  kesimpulan  sebagai berikut :
1. Dari  hasil  observasi  di  atas  dapat  dicermati bahwa kondisi desain optimum yg memberikan  Tegangan  Von  Mises  (MPa) yang  besar  adalah  :  A2    B2    C3  atau  yang dilakukan  perhitungan  dengan  kondisi  desain menggunakan  Seat  Tube  Angle  sebesar  72 o , dengan  pergeseran  Head  Tube  0.2  mm  dan beban pengendara sebesar 90 kg.
2. Analisis  perhitungan  dengan  ANOVA  untuk mengetahui  pengaruh  masing-masing  faktor terhadap  perhitungan  Tegangan  Maksimum pada sepeda berbahan komposit, yaitu :
2.a.  Faktor  A  (Seat  Tube  Angle)  sebesar  85% memiliki  pengaruh  yang  sangat  besar, dibandingkan  dengan  faktor  C  (Beban Pengendara)  sebesar  10%,  selanjutnya untuk  faktor  B  (Pergeseran  Head  Tube) memiliki pengaruh 1%
2.b.  Dari  hasil  Simulasi  dengan  menggunakan software  Pro  Engineer  besarnya  tegangan von  misses  yang  paling  besar  1.5  N/mm 2
pada  jarak  70  mm  dari  dudukan  stang sepeda.  Regangan  yang  terjadi  pada kerangka  sepeda  merata  ke  seluruhan bagian  yaitu  sebesar  6,611  N/mm 2 , sedangkan  tegangan  yang  terjadi  tidak merata,  besarnya  tegangan  yang  paling besar  2.222  N/mm 2 ,    pergeseran  dan tekanan pada rangka sepeda dimana terjadi pergeseran dan tekanan yang terjadi paling besar yaitu 7,7719 x 10 -2 .

## Saran
Untuk saran  yang dapat diberikan dari hasil penelitian  untuk  dilakukan  penelitian  lebih  lanjut adalah  sebagai  berikut:  (1)  Untuk  penelitian  lebih lanjut  dapat  dilakukan  dengan  menggunakan material  komposit  yang  berbeda.  (2)  Dalam penelitian lanjutan dapat menggunakan metode full factorial  dengan  berbagai  macam  rangka  sepeda yang  berbeda.  Sehingga  dapat  memberikan perbandingan  hasil  kondisi  optimum  dibandingkan rangka  sepeda  yang  dikerjakan  dalam  penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Aisah,  N.,  dkk,  2004, Pembuatan  Komposit Polimer  Berpenguat  Serat  Sintetik  Untuk Bahan Genteng , Jurnal Sains Materi Indonesia, Vol. 5 No 3 Batan,  I.  M.  L.,  dkk,  2010 ,  Rancang  Bangun Rangka  Fleksibel  Dalam  Upaya  Optimasi Geometri  Rangka  Sepeda, Institut  Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya Chadry,  R.,  2011, Analisa  Getaran  Hasil  Desain Sepeda  Lipat  dengan  Pemodelan  Software,
Jurusan  Teknik  Mesin,  Politeknik  Negeri Padang, Padang Ross,  P.  J.,  1996, Taguchi  Techniques  for  Quality Engineering .  2 nd Edition.  McGraw  Hill.  New York.
Maleque,  M.A.,  and  Dyuti,  S.,  2010, Materials Selection of A Bicycle Frame Using Cost Per Unit  Property  and  Digital  Logic  Methods, International  Journal  of  Mechanical  and Material Engineering
Pramono,  A.,  2011 ,  Komposit  sebagai  Trend Teknologi  Masa  Depan  (Kajian  Teori  dan Aplikasi), Fakultas  Teknik  Metalurgi  dan Material, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa,
Serang
Widodo, B., 2008, Analisa Sifat Mekanik Komposit Epoksi  Dengan  Penguat  Serat  Pohon  Aren (Ijuk) Model Lamina Berorientasi Sudut Acak (Random) ,  Jurnal  Teknologi  Technoscientia,
Vol. 1 No 1 Tang, H. C., dkk, 2000, Fatigue Model For Fiber- Reinforced  Polymeric  Composites ,  Journal  of Materials in Civil Engineering, Vol. 12 No 2.
http://id.wikipedia.org/wiki/sepeda .  diunduh  pada tanggal: 07 Januari 2013
http://id.wikipedia.org/wiki/sepeda_gunung . diunduh pada tanggal: 07 Januari 2013
http://material12-its.blogspot.com/2011/09/bahan- komposit.html ,  diunduh  pada  tanggal:  11
Januari 2013