9
Dengan yang mendefinisikan flextural rigidity suatu cangkang.Persamaan (57) mendeskripsikan tegangan membrane, dan tegangan bending. Dapat di perhatikan bahwa distribusi tegangan komponen pada cangkang adalah linear
1. ANALISA DAN HASIL 1.1 Pemodelan Kapal
Kapal yang akan dilakukan pemodelan adalah Tug Boat sedangkan model CPO Barge menggunakan model dari penelitian yang sebelumnya. Model Tug Boat dibuat menggunakan MAXSURF dengan data General Arrangement (GA) yang sudah ada. Sebelum membuat model kapal menggunakan MAXSURF perlu diketahui beberapa parameter input penting, yakni data principal dimension antara lain: - L.O.A. = 23.5 meter
- Breadth (B) = 7.03 meter - Height (H) = 5.245 meter - Draft (T) = 2.7 meter
Gambar 9 Pemodelan Tug Boat menggunakan MAXSURF
Gambar 10 Pemodelan Tug Boat menggunakan MAXSURF
1.2 Hidrostatik
Untuk mendapatkan hasil model kapal yang akurat sesuai dengan keaadaan sebenarnya, maka rancangan model harus divalidasi. Validasi model dilakukan dengan membandingkan data hidrostatik keluaran MAXSURF dengan data hidrostatik yang sudah ada.
Dari koreksi hidrostatik diatas meunjukkan bahwa kesalahan/selisih yang terjadi dari model yang di buat dengan MAXSURF dengan data hidrostatik yang telah ada menunjukkan nilai kesalahan/selisih yang sangat kecil
sehingga model kapal yang dibuat telah valid dan bisa digunnakan untuk tahap analisa selanjutnya.
Tabel 2 Koreksi hidrostatik dari data yang sudah ada dengan model
Measurement Value Unit Error
% Data Model Displacement 258.634 257.837 t 0.3 Volume 252.326 251.548 m^3 0.3 Draft to Baseline 2.7 2.7 m 0.0 Immersed depth 2.7 2.7 m 0.0 Lwl 23.226 23.268 m 0.2 Beam wl 7.179 7.179 m 0.0 WSA 210.513 209.875 m^2 0.3
Max cross sect area 16.475 16.481 m^2 0.0 Waterplane area 146.86 146.841 m^2 0.0 Cp 0.659 0.656 0.5 Cb 0.56 0.558 0.4 Cm 0.85 0.85 0.0 Cwp 0.881 0.879 0.2 LCB from zero pt 12.243 12.294 m 0.4 LCF from zero pt 10.859 10.929 m 0.6 KB 1.667 1.665 m 0.1 BMt 2.221 2.204 m 0.8 BMl 21.607 21.789 m 0.8 KMt 3.888 3.869 m 0.5 KMl 23.274 23.454 m 0.8 Immersion (TPc) 1.505 1.505 t/cm 0.0 MTc 2.358 2.371 t.m 0.6 RM at 1deg = GMt.Disp.sin(1) 8.069 7.961 t.m 1.3 1.3 Lines Plan
Model kapal yang sudah divalidasi bisa digunakan untuk analisa pada tahap selanjutnya. Sebelumnya perlu dilakukan perancangan rencana garis atau yang di sebut Lines Plan. Rencana garis ini diperoleh dari data offset model yang sudah valid.
10
Gambar 11 Lines Plan CPO BargeGambar 12 Lines Plan Tug Boat
1.4 Analisa Gerakan Kapal
Analisa geakan dilakukan dengan bantuan MOSES. Data-data yang diperlukan untuk analisa gerakan menggunakan moses adalah data offset kapal yang digunakan program untuk mengidentifikasi badan kapal, untuk menghitung luas, volume dan displacement, sehingga proses tersebut dapat digunakan sebagai salah satu validasi MOSES.
Tabel 3 Data Lingkungan
Parameter Value Unit
Kedalaman perairan 90 Meter
Tinggi gelombang signifikan (H 1/3) 2.9 Meter
Periode gelombang 8.3 Meter
Spektrum gelombang Jonswap
(γ=2.5) Tabel 4 Data Kondisi Kapal
Body CPO Barge Tug Boat
Full Load Empty Load All Cond.
VCG (m) 1.18 2.1 2.1 B (m) 21.348 21.348 7.304 T (m) 3 0.719 2.7 Lwl (m) 69.7316 60.9244 23.268 Displ. (ton) 3731.00 811.45 257.837 Kxx 8.53 8.53 2.1075 Kyy 17.8425 17.8425 6.9432 Kzz 17.8425 17.8425 6.9432
Berikut ini ditampilkan keluaran MOSES dalam bentuk visual dan grafik.
Isometris Depan
Samping Atas
Gambar 13 Model Tug Boat Keluaran MOSES
Isometris Depan
Samping Atas
Gambar 14 Model CPO Barge Keluaran MOSES
Isometris Depan
Samping Atas
Gambar 15 Islustrasi Model Towed CPO Barge Keluaran Moses
1.5 Response Amplitude Operator [RAO]
Hasil dari running MOSES yang menyajikan amplitudo gerakan respon kapal disajikan dalam grafik di bawah ini
11
Gambar 16 Grafik RAO Heave CPO BargeGambar 17 Grafik RAO Pitch CPO Barge
1.6 Verical Relative Amplitude [Zr]
Kalkulasi matematis gerakan gabungan heaving-pitching untuk simpangan maksimum ditunjukkan sebagai berikut yang kemudian selanjutnya digunakan untuk menghitung gaya geser dan bending momen kekuatan memanhang kapal. Tabel 5 Perhitungan Relative Amplitude [Zr] Maksimum CPO Barge Kondisi di Towing
Load µ ζ Z Ө ξӨ Zr
Full 0 2.447 -0.518 -4.204 0.558 -3.523
180 2.447 -0.780 -3.751 0.366 -3.593
Empty 0 2.827 -0.344 -4.344 0.376 -3.546
180 2.827 -1.089 -4.042 0.316 -4.232 Tabel 6 Relative Amplitude [Zr] Maksimum CPO Barge Kondisi Tidak di Towing *
Load µ ζ Z Ө ξӨ Zr
Full 0 2.447 -0.761 2.309 0.473 -3.680
180 2.447 -0.582 1.467 0.636 -3.664
Empty 0 2.827 -1.225 0.201 0.081 -4.133
180 2.827 -1.116 0.322 0.127 -4.071 *) Hasil penelitian sebelumnya
µ : Sudut heading gelombang (°) ζ : Amplituo Gelombang (m)
Z : Amplitudo Kompleks Heaving (m) Ө : Amplitudo Kompleks Pitching (deg) ξӨ : Simpangan Relatif Gerakan Pitching (m) Zr : Simpangan Relatif Heaving-Pitching (m) 1.7 Curve of Sectional Area [CSA]
Dari pemodelan CPO Barge yang dilakukan dengan MAXSURF dapat diperoleh keluaran Sectional Area yang selanjutnya nanti merupakan digunakan sebagai inputan dalam perhitungan gaya geser dan bending momen kekuatan memanjang kapal.
Gambar 18Curve of Sectional Area CPO Barge
1.8 Penyebaran Berat Kapal
Gambar 19 Grafik Penyebaran Berat CPO Barge Muatan Kosong
Gambar 20Penyebaran Berat CPO Barge Muatan Penuh (merah : DWT, biru : LWT)
1.9 Penyebaran Gaya Apung
Penyebaran gaya apung CPO Barge dilakukan untuk mengetahui gaya tekan keatas yang mempengaruhi kekuatan memanjang kapal. Penyebaran gaya apung ditunjukkan pada grafik di bawah ini.
12
Gambar 21 Penyebaran Gaya Apung CPO Barge1.10 Penyebaran Bending Momen Calm Water
Dalam perhitungan kekuatan memanjang kapal kondisi Calm Water diperukan untuk menghitung kekuatan memanjang kapal yang dipengaruhi oleh kondisi Calm Water dan regular wave. Berikut ini ditampilkan grafik penyebaran gata geser dan bending momen CPO Barge pada kondisi Calm Water.
Gambar 22 Penyebaran Shear Force dan Bending Moment Still Water kondisi Empty Load
Gambar 23 Penyebaran Shear Force dan Bending Moment Still Water kondisi Full Load
1.11 Penyebaran Bending Momen Regular Wave
Tugas Akhir ini menitik beratkan perhitungan kekuatan memanjang kapal dipengaruhi oleh gelombang regular kondisi heaving-pitching coupled dengan kondisi-kondisi batas pemodelan yang telah dilakukan dan output yang diperoleh serta perhitungan matematis dapat diperoleh penyebaran gaya
geser dan bending momen relatif pada setiap station yang dipengaruhi oleh variasi muatan pada kondisi gelombang regular heaving-pitching seperti ditampilkan dalam grafik di bawah ini.
Gambar 24 Shear Force dan Bending MomentRegular Wave Heaving-Pitching Kondisi Full Load Following Sea
Gambar 25 Shear Force dan Bending MomentRegular Wave Heaving-Pitching Kondisi Full Load Head Sea
Gambar 26 Shear Forcedan Bending Moment Regular Wave Heaving-Pitching Kondisi Empty Load FollowingSea
13
Gambar 27 Shear Force dan Bending MomentRegularWave Heaving-Pitching Kondisi EmptyLoad Head Sea
Dari grafik diatas dapat diperoleh nilai tegangan geser dan momen bending maksimum serta perbandingannya dengan penelitian sebelumnya seperti tersaji pada tabel di bawah ini
Tabel 7 Total Shear Force dan Bending Moment Maksimum
Load Heading Station shear bending
Cond µ ID pos force moment
[-] [°] [-] [m] [N] [N.m] Towed Full Load 0 3 5.49 -6156.50 172021.34 180 2 3.66 3512.46 -108937.25 Empty Load 0 3 5.49 5961.51 -171812.25 180 3 5.49 -8962.25 251724.12 Untowed* Full Load 0 38 69.540 -20413.92 -643368.76 180 38 69.540 -29809.31 939323.00 Empty Load 0 4 7.320 81965.40 2180168.96 180 30 54.900 159617.74 -1888572.18 *) Penelitian sebelumnya
1.12 Analisa Tegangan Lokal
Konstruksi badan kapal yang dimodelkan adalah pada station 2, 3 dan 4. Station 2 dan 4 dalam hal ini sebagai tumpuan/constrain sedangkan station 3 adalah station yang akan dikenai beban. Konstruksi badan kapal untuk station 2, 3 dan 4 ditunjukkan sebagai berikut.
Gambar 28 Konstruksi Transverse Web Station 2 CPO Barge
Gambar 29 Konstruksi Transverse Web (typ) Station 3 dan 4 CPO Barge
Gambar 30 Konstruksi Memanjang CPO Barge
Material baja yang digunakan dalam pemodelan adalah baja tipe AH-36. Pemilihan material ini sesuai dengan standar dalam Ship Construction yang diterbitkan oleh ABS berdasarkan requirement dan kebutuhan dengan tensile strength sebesar 620 N/mm2, yield point sebesar 253 Mpa .
Pembebanan yang bekerja pada pada station 3 antara lain diuraikan sebagai berikut:
Tabel 8 Pembebanan Pada Station 3 Kondisi Muatan Shear Force (sb Z) Buoyancy (sb Z) Bending Moment (sb y) [N] [N] [N.m] Full -6156.50 784.60 172621.34 Empty -8962.25 0.044 251724.12 Dari analisa sesitivitas konstruksi badan kapal dapat dimodelkan dengan baik dengan jumlah elemen sebanyak 6119. Dengan ukuran meshing sebesar 0.45 m untuk konstruksi kulit plat, dan 0.6 m untuk untuk konstruksi penegar-penegar.
14
Gambar 31 Meshing Optimal Pemodelan KonstruksiBadan CPO Barge
Dari hasil running ANSYS untuk analisa statis konstuksi badan CPO Barge terhadap beban shear force dan bending moment dari gelombang regular serta gaya apung diperoleh hasil sebagai berikut.
Gambar 32 Hasil Analisa Statis Kondisi Full Load
Gambar 33 Hasil Analisa Statis Kondisi Empty Load
Pada analisa statis kondisi full load diperoleh tegangan maksimum terjadi sebesar 3.2836 x 107 Pa atau sebesar 32.836 MPa seperti terlihat pada gambar 4.30 dan untuk kondisi empty load diperoleh tegangan maksimum terjadi sebesar 4.7908 x 107 atau sebesar 47.908 Mpa seperti terlihat pada gambar 4.31 diatas. Dari analisa statis ini juga diketahui bahwa posisi badan kapal yang mengalami tegangan maksimum berada pada sisi samping lambung kapal yang menyudut sehingga tegangan akan terkonsentrasi pada bagian ini.
Tabel 9 Output Tegangan
Kondisi Tegangan Tegangan Rasio Ket.
Muatan Actual Maksimum Ijin Berdasar BKI Tegangan [MPa] [MPa] Full 32.836 253 0.13 OK Empty 47.908 253 0.19 OK
Berdasarkan aturan BKI Section 2 tentang material, Tegangan yang terjadi dapat diterima bila tidak melebihi dari tegangan yang diijinkan sebesar 253 MPa, sehingga dapat diketahui bahwa untuk masing-masing kondisi pembebanan tegangan yang terjadi memiliki rasio tegangan dibawah satu yang bearti tegangan yang terjadi bisa diterima dan aman. 2. KESIMPULAN DAN SARAN
2.1 Kesimpulan
1. Dari analisa gerakan kapal yang diperoleh trend RAO mengalami kondisi pucak pada arah datang gelombang following sea dan kondisi muatan kosong baik pada gerakan picthing maupun heaving. Besarnya simpangan relatif vertikal yang lebih kecil terjadi pada kondisi towing daripada kondisi untowed, dalam hal ini meunjukkan bahwa gaya-gaya akibat operasi towing menyebabkan redaman gerakan kapal akibat beban lingkungan.
2. Nilai tegangan akutal kritis yang terjadi pada CPO Barge akibat gelombang regular dan variasi muatan penuh dan kosong terjadi pada station 3 sebesar 32.836 MPa dan 47.908 Mp. Dengan nilai rasio tegangan dibawah 1 berdasar tegangan ijin yang dikeluarkan oleh BKI sebesar 253 Mpa, maka konstruksi CPO Barge dalam menerima beban gelombang regular dan variasi muatan bisa diterima.
2.2 Saran
1. Daerah paling kritis pada kondisi heaving pitching couple terjadi pada struktur bilga yang memiliki sudut tajam, perlu dilakukan penelitian khusus pada posisi tersebut karena terjadi kosentrasi tegangan yang menyebabkan nilai tegangan aktual kritis akibat beban lingkungan.
2. Hal-hal lain yang penting untuk dianalisa untuk kondisi CPO Barge unpropellerd adalah stabilitas akibat efek operasi towing.
DAFTAR PUSTAKA
Ansel C. Ugural, Stress in Plates and Shells, Mc Graw Hill, 1999
Bernitsas, Michael M., and Chung, Jin-Sug, Nonlinear stability and simulation of Two-line Ship Towing and Mooring, Journal of Applied Ocean Research Vol. 12 pp. 77-93, Elsevier, 1990.
BKI, Rules for The Classification and Construction of Seagoing Steel Ship Volume 2 Section 18 - Equipment, 2006.
BKI, Rules for The Classification and Construction of Seagoing Steel Ship Volume 2 Section 27 - Tugs, 2006. BKI, Rules for The Classification and Construction of
Seagoing Steel Ship Volume 5 Section 13 – Chain Cables and Accessories, 2006.
15
BKI, Rules for The Classification and Construction ofSeagoing Steel Ship Volume 5 Section 14 – Wire Ropes, 2006.
DnV, Offshore Mooring Steel Wire Ropes (DNV-OS-E304), 2009.
DnV, Offshore Service Vessel, Tugs and Special Ships, 2011.
DnV, Position Mooring (DNV-OS-E301), 2004.
DnV, Synthetic Fibre Ropes For Towing, Mooring and Anchoring of Ships and High Speed and Light Craft, 2009.
Latorre, Robert, Scale Effect in Towed Barge Course Stability Test, Journal of Ocean Enginering Vol. 15 pp. 305-317, Pergamon Press, 1988.
Lee, Ming-Ling., Dynamic Stability of Nonlinear Barge-Towing System. Applied Math Modelling Vol. 13 Desember pp. 693-702, Butterworth Publisher, 1989. Murtedjo, Mas., Teori Bangunan Apung, Surabaya PT. Citra Mas Surabaya
Raman-Nair, W., Power, J. and Simose Re, A., Towing Dynamic of a Liferaft and Fast Rescue Craft in a Surface Wave. Journal of Ocean Engineering Vol. 35 pp. 1252-1258, Elsevier, 2008.
Rameswar, Bathacarya, Dynamic of Marine Vehicles, John Wiley and Sons Inc.
Ramdhan, Afrizal, Analisa Kekuatan Memanjang Double Hull CPO Barge Pengaruh Heaving-Pitching Couple dan Distribusi Beban, Tugas Akhir S1, Jurusan Teknik Kelautan ITS, 2010.
Tupper, Eric, Introduction to Naval Architecture, Butterworth Heinemann, Oxford, 2002.
Unified Facilities Criteria (UFC), Design: Moorings, Department of Defense USA, 2005.
