ANALISA PERKIRAAN UMUR PADA CROSS DECK KAPAL IKAN KATAMARAN 10 GT MENGGUNAKAN METODE FRACTURE MECHANICS BERBASIS METODE ELEMEN HINGGA

LOGO

ANALISA PERKIRAAN UMUR PADA CROSS DECK

KAPAL IKAN KATAMARAN 10 GT MENGGUNAKAN

METODE FRACTURE MECHANICS BERBASIS

METODE ELEMEN HINGGA

Erik Sugianto (4108 100 094)

Dosen Pembimbing:

Dony Setyawan ST M.Eng Teknik Perkapalan

Fakultas Teknologi Kelauatan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember 2013

Daftar Isi

1.Pendahuluan

2. Metodologi

3. Analisa

4. Kesimpulan

Pendahuluan

Latar Belakang



Dalam tiga dasa warsa terakhir, peningkatan

kebutuhan kapal multihulls significant.



Berbagai kecelakaan kapal di Indonesia,

diantaranya kapal Katamaran Lisa Jero pada

2010.



Salah satu penyebab kecelakaan adalah akibat

kepatahan.



Penelitian sebelumnya yang menuliskan bahwa

pada Kapal Ikan Katamaran 10 GT tegangan

tertinggi terdapat pada daerah cross deck antara

gading empat dan lima

Pendahuluan

Perumusan Masalah

Bagaimana menentukan umur struktur cross deck kapal

ikan katamaran 12 GT setelah adanya initial crack?

Tujuan

Menentukan umur struktur cross deck kapal ikan

katamaran 12 GT setelah adanya initial crack.

Pendahuluan

Batasan Masalah



Kapal yang digunakan adalah Kapal Ikan Katamaran

10 GT



Software yang digunakan dalam analisa metode

elemen adalah software finite element method (FEM)



Jenis initial crack adalah surface crack semi

elliptical



Mode intitial crack pada mode analisa adalah mode

opening yang hanya memperhitungkan gaya aksial

(Mode I).



Variasi kedalaman (a) retak awal adalah 0,5, 1 mm

dan 1.5 mm.

Pendahuluan

Manfaat

Dari tugas akhir ini diharapkan bisa sebagai acuan dalam

desain kapal katamaran, menambah khasanah ilmu

pengetahuan serta setelah adanya penelitian ini, dapat

direkomendasikan penambahan penguat pada daerah

kritis, sehingga umur struktur kapal dapat diperpanjang.

Hipotesis

Umur struktur kapal katamaran dengan adanya initial crack

diprediksi akan lebih rendah daripada tanpa adanya initial

crack. Serta, semakin dalam initial crack, maka umur

1. Studi Pustaka

Studi pustaka dilakukan untuk menambah pengetahuan

peneliti, selain itu dengan studi pustaka maka akan

didapatkan metode untuk menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Pengumpulan Data

Data kapal seperti data ukuran utama kapal, rencana

umum, konstruksi dan material properti.

Tabel 3.2 Material properties baja A516-70 (Chang-Sung, 2000)

 Dengan nilai Modulus Young baja A516-70 = 190-210 Gpa

 Yield Strength = 260 Mpa

 Angka poisson ratio baja A-516-70 = 0.27-0.3

 dan density baja A-516-70 = 7.7- 8,03 g/cm3_{, dan}

pada penelitian kali ini digunakan 7.83 g/cm3 _{karena beberapa}

3a.Penentuan Tegangan

Tegangan tertinggi yang terjadi pada antara gading empat

dan lima pada cross deck adalah 54.7 N/mm

2

_{. Ini adalah}

tegangan tekan akibat adanya longitudinal bending momen

pada kapal sagging-hogging ketika berlayar.

3b.Initial Crack

Model semi elliptical surface crack

4. Perhitungan SIF dengan Metode Fracture Mechanics

Newman dan Raju

Ki = σ (п a/Q)0.5 _{F dengan fungsi (a/c), (a/t), (c/b) dan θ}

Dimana:

 σ = tegangan, tegangan yang diambil adalah tegangan tarik maksimal yang terjadi yakni 0.0574 KN/mm2_.

 a = kedalaman retak adalah 0.5, 1 dan 1.5 mm

 Q = 1 + 1.464 β 1.65 _,

 β = a/ c. a adalah panjang retak sedangkan c adalah a + 0.05

 F = M1 + M2 α2 + M3 α4 (f θ g fw).

 M1 = 1.13 – 0.009 β,

 M2 = -0.54+0.89 / (0.2+ β)

 M3 = 0.5 – 1/ (0.68 + β) + 14 (1- β)24.

 fw = (sec (п/2b * α0.5)0.5

 b = jarak terdekat dengan tepi pelat.

 α = a/ t.  g = 1 + (0.1 + 0.35 α2_{)(1-sin θ)}2  f θ =β2 + cos2 θ + sin 2 θ) ¼ .  H = H2 + (H2-H) sin φ_θ  p = 0.2 + β + 0.6 a  H1 =1-0.34 α – 0.11 α β  H = H2 + (H2-H1) sin φ_θ  H2 = 1+G1 α + G2 α 2  G1 =-1.22-0.12 β  G2 = 0.55-1.05 β0.75_{+ 0.47 β}01.5

5. Permodelan

5.1.

Menentukan plane strain atau plane stress

Nilai Kic = 57. 6 MPa√m dan σ_y = 260 Mpa untuk baja A516-70, maka

didapatkan nilai B = 12.7606 mm.

 Karena tebal model adalah 6 mm dan didapatkan B > 12.7606, maka model

berada dalam kondisi plane strain.

5.3 Permodelan Retak

Tampilan pertama software FEM yang digunakan

Pemilihan Tipe Elemen Mesh200

Model Benda Uji

Hasil Meshing Model

Element Singular

List Parameter Pengintegrasian

Distribusi Tegangan pada Daerah Retak

Perhitungan SIF

Dimana J adalah nilai J integal, v adalah angko posison ratio yang bernilai 3 dan E modulus elastisitas yang bernilai 210 Gpa.

Perhitungan Perambatan Retak

C merupakan faktor konstanta dan m merupakan exponen yang

diperoleh dari data pengujian. Pada tugas akhir ini, nilai C dan m di dapat dari paper Garbatov dan Guedes, dengan nilai m adalah 3 dan c adalah 5.12 x 10-10_.

Transformasi cycle (N) ke waktu (detik)

Besarnya periode gelombang dihitung dengan rumus

sebagai berikut [Bhattacharya, 1978]:

Dan untuk mencari satu periode sagging-hogging di

gelombang yang melalui badan kapal dihitung dengan

rumus berikut [Bhattacharya, 1978]:

Analisa Data

Validasi

Menurut Newman dan Raju (1981) pada jurnalnya yang berjudul An Empirical Stress-Intensity factor Equation for The Surface Crack

menyebutkan bahwa distribusi atau persebaran tegangan pada pelat dengan retak jenis surface crack berapada ujung retak.

Konvergensi

Nilai J Integral dengan variasi jumlah elemen pada kedalamann 4.5 mm dengan kondisi initial crack a_i=0.5mm

Perbandingan nilai SIF dengan variasi jumlah elemen pada kedalamann 4.5

Perbandingan SIF dengan kedalamann 4.5 mm pada initial crack a_i=0.5mm

Menurut Newman dan Raju (1981), untuk semua parameter investigasi

dengan a/t kurang dari 0.8. Hasil perhitungan nilai stress intensitas faktor persamaan Newman Raju dengan hasil dari metode elemen hingga

Analisa Hasil Numerik

Hasil nilai J-Integral untuk kondisi initial crack ai=0.5 mm

Hasil nilai periode encountered

Hasil nilai fatigue life untuk kondisi initial crack a_i=0.5 mm dan c_i=1 mm

Jumlah detik dalam satu tahun adalah 31536000, maka umur konstruksi cross deck dengan initial crcak kedalaman 0.5 mm dan panjang 2 mm (2c) adalah 509272620.5/31536000 sama dengan 16.14892886 tahun

Analisa Hasil Empiris

Hasil fatigue Life untuk kondisi initial crack a_i=0.5 mm dan c_i=1 mm

Karena jumlah detik dalam satu tahun adalah 31536000, maka umur konstruksi cross deck dengan initial crcak kedalaman 0.5 mm dan panjang 2 mm (2c) adalah 485802254.1/31536000 sama dengan 15.40468842 tahun.

Analisa Hasil Numerik dan Empiris

Perbandingan Nilai SIF kondisi initial crack a_i=0.5 mm dan c_i=1 mm

Kesimpulan

 Semakin dalam retak awal atau initial crack pada konstruksi cross deck

kapal ikan katamaran 10 GT, maka fatique lifenya semakin rendah.

 Dengan perhitungan SIF menggunakan metode FEM. Untuk kedalaman

awal (a_i) bernilai 0.5 mm, konstruksi cross deck memiliki umur 16.14892886

tahun. Sedangkan dengan a_i bernilai 1 mm, konstruksi tersebut berumur

9.692809685 tahun. Dan apabila a_i lebih dalam yaknibernilai 1.5 mm, maka

umur konstruksinya menjadi 6.484139307 tahun.

 Dengan perhitungan SIF menggunakan persamaan Newman dan Raju.

Untuk nilai a_i 0.5 mm, konstruksi cross deck berumur 15.40468842 tahun. a_i

bernilai 1 mm konstruksi cross deck berumur 9.276782983 tahun. Dan

dengan a_i bernilai 1.5 mm umur konstruksi tersebut menjadi 6.22094281