ANALISA TEGANGAN GESER PADA STRUKTUR CINCIN KAPAL
CHEMICAL TANKER 6200 DWT*Totok Yulianto ST, MT, **M. Yudi Oktovianto * Staf Pengajar Jurusan Teknik Perkapalan
**Mahasiswa Jurusan Teknik Perkapalan Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) – Surabaya
Sukolilo-Surabaya 60111 ABSTRAC
Distribusi beban yang tidak merata dan gelombang air laut yang tidak beraturan pada kapal yang berlayar menyebabkan terjadinya tegangan dan regangan pada struktur kapal. Salah satu tegangan yang bekerja pada struktur cincin kapal tersebut adalah tegangan geser. Analisa tegangan geser merupakan suatu hal yang sangat penting dalam menentukan kuat tidaknya struktur konstruksi kapal. Analisa tegangan geser dilakukan dengan pemeriksaan pada konstrusi midship kapal. Jika konstruksi midship kapal telah memenuhi persyaratan tegangan geser dalam klasifikasi, maka bagian konstruksi yang lain dapat dianggap juga telah memenuhi persyaratan tersebut. Dalam penelitian ini, dilakukan analisis tegangan geser pada Kapal Chemical Tanker 6200 DWT. Analisa tegangan geser dalam penelitian ini dilakukan dengan dua metode yang berbeda, yaitu metode perhitungan manual dan metode elemen hingga. Perhitungan manual dilakukan dengan menggunakan teori hull girder respon analysis, sedangkan metode elemen hingga dilakukan dengan pemodelan tiga ruang muat pada progam Nastran dengan input pembebanan berdasarkan regulasi Registro
Italiano Navale (RINA) 2010. Hasil analisa tegangan geser dari kedua metode tersebut selanjutnya
dibandingkan dengan batas ijin tegangan geser yang diberikan oleh regulasi RINA 2010. Dari hasil perhitungan manual, didapatkan tegangan geser maksimum pada sekat memanjang material outokumpu, yakni sebesar 24.094 N/mm2 akibat momen bending dan sebesar 18.06 N/mm2 akibat momen torsi. Sedangkan dari hasil running nastran (metode elemen hingga) didapatkan tegangan geser maksimum pada bagian pelat wrang material AH 36, yakni sebesar 126 N/mm2. Dari hasil analisa tersebut, maka dapat disimpulkan bahwa tegangan geser pada konstrusi kapal Chemical Tanker 6200 DWT masih memenuhi persyaratan klasifikasi RINA 2010.
1. Pendahuluan
Kapal Chemical Tanker merupakan kapal full displacement dengan muatan cair sehingga perlu adanya perhatian khusus dalam analisa tegangan geser. Setiap regulasi atau class memiliki standart tegangan ijin maksimum yang tidak boleh dilampaui, karaena kapal Chemical Tanker 6200 DWT ini adalah kapal class RINA (Registro
Italiano Navale) maka batasan ijin tegangan geser
maksimum yang digunakan adalah batasan tegangan ijin maksimum berdasarka klasifikasi RINA.
Didalam perhitngan tegangan geser ini akan dilakukan perhitungan tegangan geser dengan metode perhitungan manual dan metode elemen hingga. Perhitungan secara analisa dilakukan dengan menggunakan girder respon analysis yang terdapat pada buku ship structural design. Perhitungan dengan metode elemenhingga dilakukan dengan menggunakan permodelan pada MSC Nastran 2010.
Permodelan dilakukan berdasarkan regulasi RINA 2010, jika terdapat kekurangan petunjuk dalam melakukan pemodelan akan dilakukan pengadopsian dari rule lain seperti Common structural Rules “CSR for Double Hull Oil Tanker”.
Setelah didapatkan hasil perhitungan tegangan geser maka akan dilakukan pengecekan kekuatan struktur dan bila terdapat kekuatan struktur yang tidak memenuhi persyaratan maka akan diberikan rekomendasi penguatan konstruksi. 2. Tinjauan Pustaka
2.1. Tegangan Geser Akibat Momen Bending Pada Multicell ( Owen F. Huges, 1983 )
Secara umum shear stress dapat didefinisikan dalam persamaan:
dimana : Q = shear force ( 2.1) ( 2.2)
I = m t = te y = ja s = p S penamp satu uju cabang Momen persama cut sect Sehingg disimbo Dan lu untuk s diselesa ∫ Dimana Sehingg kompon integral ׯ Dan lu untuk k dapat d sebagai ׯ Sehingg persama penamp ׯ Kemud flow s koreksi Apabila berlawa tanda (+ 2.2. Teg U teganga diselesa moment inersia ebal pelat arak titik berat panjang pelat y Setiap penamp pang terbuka d ung dari penam
shear flow nt pertama m aan 2 untuk m tion diberikan s ga besarnya olkan sebagai q
asan shear flo satu kompone aikan dengan c ∫(q*/t) ds = ∑(q a, P = q* x fakt ga koreksi nen tertutup l tertutup ׯ(1/t)ds
asan shear flo keseluruhan ko diselesaikan d i berikut : ׯ(q*/t)ds ga dari pers aan shear f pang tertutup: ׯ(q1/t)ds + ׯ(q -ׯ(q*/t)ds dian dilakukan ebelum korek (pers.8), menj a arah shea anan dengan a +) menjadi (-). gangan Geser Untuk mene an geser akiba aikan dengan a penampang t luasan ke sum yang ditinjau. pang tertutup d dengan memot mpang tertutup 0 pada uju m dapat dih membedakan n simbol m*. nilai dari q* menjadi : ow untuk kore en penampang cara simpson, s q*.P).s / 3.t tor simpson shear flow dapat disele ow untuk kore omponen pena engan cara in samaan 6 da flow koreksi q2/t)ds + … + ׯ n penjumlahan ksi (pers.4) d jadi : ar flow seb arah shear flow
r Akibat Mom entukan hasi at momen tor
formula mul
mbu netral aksis dirubah menjad tong pada sala p tersebut. Tia ung cabangny
hitung denga nilai m denga
shear flow
eksi shear flow tertutup dapa ebagai berikut
w keseluruha esaikan denga
eksi shear flow ampang tertutu ntegral tertutup an 7 menjad untuk suat ׯ(qN/t)ds = n antara shea dan shear flow
belum korek w koreksi, mak
men Torsi l perhitunga rsi maka dapa
ltipel cell fre
( 2.3 ( 2.4 ( 2.5 ( 2.6 ( 2.7 ( 2.8 ( 2.9 s di ah ap a. an an w w at t: an an w up p, di tu ar w ksi ka an at ee warpin yang kondis free wa sel ada Dan to Dikare rumus geome section mengg Rumus Untuk dilakuk Sehing persam dilakuk koofisi dan pe Persam persam Dan a berikut Dan ol Dari p menjad ) 4 ) ) 6 ) 7 ) 8 ) 9 ) ng. Formula in saling berhub si tertutup (clos arping. Fornula untuk alah sebagai be Mx= 2Aiqi otal dari sel dap
enakan tidak ak tersebut maka etric compabili n pada geo gunakan formu s diatas 2.12 d lebih menyed kan permisalan gga persamaan maan berikut: Untuk integra kan evaluasi d ien yang akan ersamaan akan Ciqi’ – Ci-1 qi-1
maan ini untuk maan sebagai be
[C]{q’} = 2 G akan didapatk
t:
Mx = 2{A}T {
leh karena itu
ersamaan terak di rigidly dari 1/θ' ׯ(q/t)d qi/θ'ׯds/t ‐ ( +……. (qn/θ')∫
q
i/θ'=q
i'
qi'ׯds/t ‐ (qi‐ +……. (qn')∫nd
n iq
Ai
M
x i 12
` ni digunakan ubung dan se se section) dan k menentukan erikut:pat ditulis seba
kan bisa menca a dilakukan den
ity. Untuk beb ometric com
la sebagai beri
dapat ditulis den
derhanakan pe n sebagai berik n 2.13 dapat al dari persam dari geometri y diperlihatkan d menjadi 1’ –Ci+1qi+1’ = 2 k semua sel da erikut: G {A} kan nilai q’ q}=2θ’{ A }T{
khir kita lihat i semua seksi s = 2AG (qi‐1/θ')∫i‐1ds/t ∫nds/t =2AiG 1')∫i‐1ds/t ‐ (qi+ s/t =2AiG i
q
untuk multi s emuanya dala n benda diangg aliran di seti agai berikut:ari nilai q deng ngan perhitung erapa cells clo
mpability dap ikut: ngan erhitungan ma kut: t ditulis sepe maan 2.15 ak yang terdiri da dengan simbul 2AiG an menghasilk dari persama { q’ } bahwa penyeb . Dan untuk G ‐ (qi+1/θ')∫i+1ds +1')∫i+1ds/t ( 2.1 ( 2.1 ( 2.1 ( 2.1 ( 2. ( 2.1 ( 2.1 ( 2.1 ( 2. ( 2. sel am gap iap gan gan ose pat aka erti kan ari l C kan aan but GJ s/t + 10 ) 11 ) 12 ) 13 ) .14 ) 15 ) 16 ) 17 ) .18 ) .19 )
untuk satu bagian tertutup maka digunakan formula.
GJ = 2 {A}T {q’}
Setelah mendapatkan nilai θ’. Maka hasil q dapat diperoleh dari hasil normalisasi dari persamaan 2.14. dan nilai tegangan geser pun didapatkan dari persamaan
τ = q / t
2.3 Tegangan geser metode elemen hingga. A. Lingkup ruang dan model
Regulasi RINA Chapter 7 Appendix 1 memberikan informasi bahwa pemodelan kapal untuk L < 15 0m pada dasarnya cukup dilakukan pemodelan 1 ruang muat, tetapi jika dibutuhkan proses analisa lebih lanjut mengenai berbagai macam bentuk pressure akibat berbagai macam tipe muatan pada tanki sehingga dibutuhkan tanki lebih panjang untuk dilakukan analisa maka bisa menggunakan pemodelan tiga ruang muat.
Pemodelan dilakukan pada tiga cargo
hold, satu cargo hold berada di midship dan dua
cargo hold berada dibelakang midship.
Gambar 2.1 lingkup model untuk analisa [RINA, 2010]
B. Elemen dan ukurannya
Semua bagian dari struktur konstruksi kapal harus dimodelkan secara detail. Bagian konstruksi kapal yang berupa pelat akan dimodelkan dengan
shell element yang memiliki harga ketebalan pelat
dan arah orientasi pembebanan. Ukuran shell element sesuai dengan jarak pembujur.
Bagian kapal yang berupa stiffner dan gading kecil dapat dimodelkan dengan beam atau
bar element. Bagian Face girder, bila web girder
terlalu besar maka dimodelkan dengan bar element fungsi root pada face.
C. Propertis material
Bagian kontruksi kapal yang berupa stiffner dapat dimodelkan dengan menggunakan bar element yang teridiri dari beam dan rod element. Beam element digunakan untuk memodelkan stiffner yang berfungsi sebagai penguat langsung pada struktur konstruksi seperti web frame dan longitudinal stiffner. Beam element memiliki nilai axial (A), moment inertia (I), torsional (J) dan arah orientasi dari pembebanan. Kemudian rod element
digunakan untuk memodelkan web stiffner dan face plate pada penguat utama konstruksi yang hanya memiliki nilai axial (A) dan constant cross section area sepanjang stiffner. Sedangkan pelat dimodelkan dengan shell element.
D. Kondisi batas
kondisi batas diberikan pada bagian belakang model dan didefinisikan sebagai rigid link. Rigidlink diletakkan pada ujung belakang bagian konstruksi yang mendukung kekuatan memanjang kapal, baik berupa : longitudinal plate, girder, shell plate dan longitudinal balkhead. Untuk ketentuan arah node seperti terdapat pada tabel Berikut:
Tabel 2. 1 Kondisi batas [ RINA 2010]
E. Kondisi pembebanan.
Kondisi pembebanan yang disarankan regulasi rina adalah:
1. Kondisis pembebanan homogen 2. Kondisis pembebanan heterogen 3. Kondisi pembebanan pada sarat tertentu 4. Kondisi pembebanan ballast
F. Hullgirder Load
Beban hullgirder load yang diinputkan dalam model adalah sebagai berikut:
a. Still water bending moments at midship Kondisi hogging
Kondisi sagging
b. Vertical wave bending moments Kondisi hogging
Kondisi sagging
c. Horizontal wave bending moment ( 2.20 ) ( 2.21 ) ( 2.22 ) ( 2.23 ) ( 2.24 ) ( 2.25 ) ( 2.26 )
d. Wave torque
e. Vertical wave shear force
Beban tersebut diinputkan dalam model dengan memberikan koreksi seuai tabel 2.5
G. Local Load
Beban lcal load terdiri dari beban-beban sebagai berikut:
a. Beaban air laut
Bentuk distribusi beban air laut dapat dimodelkan sebagai berikut:
Gambar 2. 2 Beban air laut [RINA, 2010] Formula yang digunakan adalah sebagai berikut:
Tabel 2.2 beban air laut [ RINA 2010]
b. Beban gelombang
Beban gelombang air laut dibedakan menjadi 2 Upright dan inclined. Kondisi upright dibagi menjadi tiga yaitu kondisi a crest, a trough dan b. Kondisi inclined dibagi menjadi dua yaitu kondisi c dan d.
Distribusi beban didistribusikan seperti gambar berikut.
Gambar 2.3 beban gelombang [ RINA, 2010] Formula yang digunakan dalam menghitung distribusi beban pada posisi upright terdapat pada tabel2.4 dan inclined pada tabel 2.3.
Tabel 2.3 Beban gelombang pada posisi upright “load a dan b [ RINA, 2010]
Tabel 2.4 Beban gelombang pada posisi inclined “load c dan d [ RINA, 2010]
Tabel 2.5 Hull girder- Maksimal momen bending pada bagian tengah model [ RINA, 2010]
( 2.27 )
c. Beban muatan
Beban muatan menggunakan formula partly
filled tank karena muatan tanki tidak dimuati secara
penuh dan dilakukan penambahan akibat sloshing. ps = ρL . g . (df + dTB - z )
Untuk pembebanan saat tanki termuati secara penuh (full volume)
PS1 = ρL . g . ( zL - z )
PS2 = ρL . g . ( zTOP - z ) + 100pPV
Persyaratan nilai Ps minimum adalah: PSmin= ρL. g .( 0.8 . L1/(420 - L1))
Nilai Ps tersebut akan dicari nilai yang maksimal dan akan ditambah dengan nilai inertial pressure (pw) dan nilai pS + pW ≥ 0
3. Metodologi Penelitihan
Gambar 2.1 Diagram alir proses pengerjaan
Perhitungan tegangan geser dengan perhitungan manual diperoleh dari gaya geser
shear flow per tebal pelat. Input beban untuk
tegangan geser akibat momen bending vertical adalah shear force disetiap kondisi pembabanan, dan input beban tegangan geser akibat momen torsiadalah momen torsi akibat gelombang air laut yang terdapat dalam regulasi RINA 2010
Proses analisa dengan metode elemen hingga dilakukan dengan membuat pemodelan pada software Nastran 2010, Beban yang diberiakan pada model meliputi local load dan hull
girder load. Beban lokal meliputi beban air laut,
gelombang air laut dan beban muatan. Beban hull
girder meliputi beban still water bending moments, still water shear force dan wave shear force. Selain
itu juga dilakukan input properties material, kondisi batas dan kondisi pembebanan.
Hasil perhitungan tegangan geser dariperhitungan manual atau running progam dilakukan perbandingan dengan persyaratan perijinan klasifikasi.
4. Pemodelan dan Pembebanan
4.1. Regulasi dan software perhitungan.
Regulasi yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah RINA 2010. Sehingga aturan yang berkaitan dengan semua perhitungan yang ada pada penelitian ini mengacu pada regulasi tersebut, mulai dari pemodelan, properties material, kondisi pembebanan, kondisi batas dan perhitungan beban. Pemodelan dilakukan dengan menggunakan
software MSC Patran 2010 untuk pre-processor
sedangkan untuk Processor menggunakan software MSC Nastran 2010.
4.2. Lingkup ruang dan model
Kapal yang digunakan dalam penelitihan ini adalah kapal Chemical Tanker 6200 DWT, dengan ukuran utama Loa = 100 m, Lpp = 95 m, Lkonst=
94.651m, B = 16.98 m, TSC = 6.8 m dan D = 8.6 m.
Lingkup dan ruang model yang dilakukan pemodelan mulai dari frame no. 40 sampai pada frame no.91 atau dengan arti lain pemodelan dilakukan pada cargo hold no 3, 4 dan 5.
Gambar 3.2 lingkup model ruang muat 3,4 dan 5 (tanda merah)
4.3. Elemen dan Ukurannya
Dilakukan pemodelan tiga ruang muat dengan menggunakan elemen dan ukuran sesuai dengan regulasi RINA 2010 dan hasil meshingnya adalah seperti gambar berikut:
Gambar 3.3 meshing ruang muat 3,4 dan 5
( 2.29 )
( 2.30 ) ( 2.31)
4.4. Propertis material
Diberikan input material properties sesuai dengan persyaratan regulasi RINA 2010 dan hasil inputnya seperti gambar berikut:
Gambar 3. 4 Ketebalan pelat dalam model
4.5. Kondisi batas
kondisi batas diberikan pada bagian belakang model dan didefinisikan sebagai rigid link. Rigidlink diletakkan pada ujung belakang bagian konstruksi yang mendukung kekuatan memanjang kapal, baik berupa : longitudinal plate, girder, shell plate dan longitudinal balkhead. Untuk ketentuan arah node seperti terdapat pada tabel 2.1. Independent point diletakkan pada bagian depan model setinggi titik netral axis dan independent point merupakn input letak moment dan shear forces
4.6. Pembebanan
Kondisi pembebanan yang diambil sebagai input model sesuai dengan regulasi RINA adalh sebagaiberikut:
- Kondisi pembebabanan homogen, pembebanan dengan tanki diisi semua pada sarat scantling ( Tsc ) dengan muatan bermasa jenis sama
- Kondisi pembebabanan heterogen, yaitu suatu pembebanan dengan tanki diisi semua pada sarat scantling ( Tsc ) dengan muatan bermasa jenis
berbeda.
- Kondisi pembebanan 1, pembebanan seperti gambar pada saat sarat 0.9 Tsc.
- Kondisi pembebanan 2, pembebanan seperti gambar pada saat sarat 0.9 Tsc.
- Kondisi pembebanan 3, pembebanan sesuai gambar pada saat sarat 0.9 Tsc.
- Kondisi pembebanan Ballast, pembebanan seperti gambar pada saat sarat 0.9 Tsc. dengan
muatan air laut.
Gambar 3. 4 Ketebalan pelat dalam model
4.6.1. Hullgirder load
Hasil perhitungan beban hullgirder load yang diinputkan dalam model adalah sebagai berikut:
Dilakukan perhitungan moment dan shear force dan didapatkan nilai sebagai berikut
MSW = 132245.980 kN.m MWV,H = 167887.378 kN.m MWV,S = 188738.380 kN.m MWV = 188738.380 kN.m MWH = 117876.937 kN.m QwV = 543.289 kNm
Dalm input hull girder pada setiap kondisi pembebanan nilainya sama yang berbeda adalah shear force pada setiap kondisi pembebanan. Qsw = 2327.878 kN (LC homogeny dan heterogen)
= 3407.679 kN (LC 1 dan 2) = 5643.588 kN ( LC 3) = 3975.510 kN ( LC Ballast)
Sebeleum diinputkan model dilakukan koreksi dengan tabel 2.5.
4.6.2 Local Load
Beban local load terdiri dari beban-beban sebagai berikut:
a. Beaban air laut
Beban air laut dilakukan perhitungan pada saat sarat Tsc dan 0.9 Tsc dengan menggunakan formula sesuai tabel 2.2.
b. Beaban air laut
Beban air laut dilakukan perhitungan pada saat sarat Tsc dan 0.9 Tsc dengan condisi upright pada tabel 2.3 dan kondisi inclined pada tebel 2.4. c. Beaban air laut
Beban muatan dilakukan perhitungan dengan muatan sebagian atau tidak penuh pada LC homogeny, hiterogen, 1,2 dan 3. Beban muatan dilakukan formula muatan tanki penuh pada kondisi ballast.
5. Shear flow pada struktur cincin kapal 5.1. Shear flow akibat momen bending vertikal
Pembebanan dilakukan dengan beban
vertical shear force (Qv). Besar nilai vertikal shear
force merupakan penjumlahan dari still water bending moment shear force (QSW) dan vertical
wave shear force (QWV).
Qv= Qsw + Qwv
dengan
Qsw = 2327.878 kN (LC homogeny dan heterogen) = 3407.679 kN (LC 1 dan 2)
= 5643.588 kN ( LC 3) = 3975.510 kN ( LC Ballast) Qwv = 543.2892 kN
A. Shear flow pada penampang tertutup. Shear flow (q*) pada penampang tertutup
dibuat menjadi seperti terdapat pada penampang terbuka dengan cara memotong satu bagian kecil di ujung penampang tertutup tersebut. Shear flow (q*) pada batang diantara 2 node dihitung dengan persamaan berikut:
q* = (Qv / Iy) ∫ z dA
m* = ∫ z dA
Dengan
Iy = 10.85011641 m4 (moment inersia sb. 'y) Zna= 3.488928474 m
z adalah jarak vertikal titik berat luasan terhadap NA
Qv dan Iy konstan sedangkan m* = ∫z dA mempunyai harga yang berbeda sesuai dengan luas dan lokasi komponen konstruksi. Panjang batang di misalkan "s" di_integrasi sepanjang batang, sesuai arah anak panah. Arah loop harus searah, loop dibuat disetiap penampang tertutup.
Gambar 5.1 plot aliran geser dan node.
Tanda silang menunjukkan kalau bagian tertutup dibuat menjadi aliran terbuka yang dimulai dari bagian tersebut. Perhitungan shear flow
dilakukan hanya pada setengah bagian model karena dianggap simetris.
B. Shear flow tabulasi
Dilakukan perhitungan shear flow disetiap penampang, shear flow ini merupakan acuan awal shear flow pada struktur cincin kapal sebelum dilakukan koreksi.
C. Koreksi shear flow
Untuk mendapatkan nilai shear flow sebenarnya maka harus dilakukan perhitungan koreksi shear flow terlebih dahulu, koreksi ini dilakukan untuk mngetahui nilai q0, q1,…qn yang terdapat pada setiap loop, untuk menghitung koreksi shear flow dapat digunakan persamaan 2.8.
Untuk mencari nilai q0 hingga q6 harus
diselesaikan secara simultan, untuk mempermudah perhitungan dibuat sebuah matrikulasi
D. Shear flow setelah dikoreksi
Nilai shear flow atau aliran geser diperoleh dari nilai awal shear flow sebelum koreksi ditambah dengan koreksi aliran arah loop yang didapat dari perhitungan matrix diatas. Hasil nilai
shear flow (-) menunjukkan arah shear flow
berlawanan dengan asumsi awal.
Tabel5.1. Cuplikan hasil perhitungan shear flow
5.2. Shear flow akibat momen Torsi
Perhitungan shear flow dilakukan pada setengah model (karena dianggap simetris). Shear
flow pada penampang tertutup (close section) multi
cell dihitung dengan menggunakan persamaan 2.11. untuk nilai Mx didapat dari momen torsi akibat gelombang kapal yang terdapat pada regulasi RINA 2010.
Dengan
Mx = 20262449 [Nm]
G = Modulus elastis geser
= 79.2346154 [Gpa] 7.92E+10 [N/m2] ) 1 ( 2 E G
Sebelem dilakukan koreksi diberikan arah acuan awal aliran geser dan node nya seperti gambar dibawah
Gambar 5.2 arah acuan awal dan node
Dari perhitungan didapatkan nilai: A0 = 55.880 m2 A4 = 3.652 m2 A1 = 4.444 m2 A5 = 4.259 m2 A2 = 3.801 m 2 A6 = 0.431 m 2 A3 = 1.849 m2
Dan dilakukan perhitungan q’ dengan persamaan 2.15. Untuk mencari nilai q0 hingga q6
harus diselesaikan secara simultan, untuk mempermudah perhitungan dibuat sebuah matrikulasi
Mencari nilai qi dapat dilakukan dengan mencari nilai θ' terlebih dahulu. Formula yang digunakan adalah persamaan 2.19.
Dari perhitungan didapatkan : 4(A)T(q’) = 8.2239 E +11
Dan didapatkan nilai θ’ =2.4639 E -05 Sehingga didapatkan nilai q sebagai berikut: qi = qi’ θ’
q0 = 7.22 E+ 04 q4 = 6.06 E+ 04
q1 = 5.01 E+ 04 q5 = 6.20 E+ 04
q2 = 5.48 E+ 04 q6 = 6.30 E+ 04
q3 = 7.22 E+ 04
Perhitungan nilai shear flow atau aliran
geser dapat diperoleh dari penambahan q yang mengaliri aliran pelat tersebut. Bila aliran tersebut berlawanan arah maka nilai dari aliran tersebut adalah negatif.
Tabel5.2. Cuplikan hasil perhitungan shear flow
6. Analisa dan Pembahasan
6.1. Persyaratan penerimaan tegangan geser. Dari hasil perhitungan didapatkan nilai sebagai berikut:
Material autokumpu….. τ = 153.178 N/mm2
Material AH36……..….. τ = 152.778 N/mm2
6.2. Cek penerimaan konstruksi metode elemen hingga
Hasil rekap tegangan geser metode elemen hingga adalah sebagai berikut:
Tabel 6.1 Rekap perhitungan shear stress.
Dari hasil running progam yang direkap pada tabel disamping menyatakan tidak terdapat tegangan geser yang melebihi batas ijin. Tegangan geser maksimal terdapat pada LC ballast a trought sebesar 126 N/mm2 E = 206.01 [Gpa] ν = 0.27-0.30 Lc Homogen a crest 33.6 Pelintang sisi atas (P) Lc Homogen a trough 21.9 Wrang pelat (P) Lc Homogen b 20.7 Pelat sisi dalam (p) Lc Homogen c 78.2 pelat geladak (p) Lc Homogen d 33.9 pelat geladak (s) Lc Heterogen a crest 21.5 Pelat sisi dalam (p) Lc heterogen a trough 24.3 Wrang pelat (P) Lc Heterogen b 20.5 Pelat sisi dalam (p) Lc Heterogen c 78.3 pelat geladak Lc Heterogen d 42.4 pelat geladak Lc 1 a crest 48.5 Wrang pelat (P) Lc 1 a trough 48.5 Wrang pelat (P) Lc 1 b 45.2 Wrang pelat (P) Lc 1 c 75 pelat geladak Lc 1 d 49.4 Wrang pelat (P) Lc 2 a crest 49 Wrang pelat (s) Lc 2 a trough 32.1 Wrang pelat (s) Lc 2 b 43.6 Wrang pelat (s) Lc 2 c 76.1 Pelat geladak Lc 2 d 42.3 Pelat geladak Lc 3 a crest 45.9 Wrang pelat (p) Lc 3 a trough 30 Sekat memanjang Lc 3 b 47.9 Wrang pelat (p) Lc 3 c 92.6 Pelat geladak Lc 3 d 51.1 Wrang pelat (p) Lc Ballast a crest 91.2 Wrang pelat (p) Lc Ballast a trough 126 Wrang pelat (p) Lc Ballast b 122 Wrang pelat (p) Lc Ballast c 116 Pelat geladak Lc Ballast d 82.6 Wrang pelat (p) Kondisi Pembebanan Tegangan Geser (N/mm2 ) Lokasi
Gambar6.1. letak tegangan geser maksimum
6.3. Cek penerimaan konstruksi metode elemen hingga
A. Akibat momen bending vertikal Rekap tegangan geser maksimum :
Tabel 6.2 Rekap tegangan geser maksimum
Tegangan geser maksimum terbesar terdapat pada kondisi pembebanan 3. Hal itu dikarekanan kondisi pembebanan3 mempunyai nilai shear force paling tinggi, yaitu Qv = 6186.876 N
Gambar 6.2. Plot tegangan geser akibat momen bending vertical
Bentuk plot tegangan geser akibat momen bending vertical disetiap kondisi bentuknya sama seperti pada plot gambar disamping, yang membedakan adalah besarannya. Hal itu tergantung dari besar kecilnya nilai shear foce (Qv) di setiap kondisi.
B. Akibat momen bending vertikal
Nilai tegangan maksimal sebesar -18.059
N/mm2 bada batang 1c - 1d, nilai min
menunjjukkan kalau arah tegangan gesernya berlawanan dengan arah asumsi awal.
Gambar 6.3. Plot tegangan geser akibat momen torsi
7. Kesimpulan dan Saran
Dalam tugas akhir ini telah dilakukan analisa tegangan geser dengan menggunakan metode perhitungan manual dan metode elemen hingga pada Kapal Chemical Tanker 6200 DWT, sehingga diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
7.1. Kesimpulan
Kesimpulan yang diperoleh dari penelitihan ini adalah:
1) Konstrusi kapal chemical tenker 6200 DWT memenuhi standar regulasi RINA 2010 dalam analisa perhitungan tegangan geser baik yang dilakukan dengan metode perhitungan manual ataupun juga dengan metode elemen hingga. 2) Hasil perhitungan tegangan geser dengan
metode perhitungan manual dan metode elemen hingga tidak sama. Metode perhitungan manual hanya memperhitungkan shear force “ gaya geser” dan torsion moment ”momen torsi”, sedangakan metode elemen hingga memperhitungkan berbagai macam hal seperti hull girder load ( still water bending
moment, wave bending moment, still water shear force dan wave shear force) dan local
load ( sea pressure, wave sea pressure dan
internal load), hal itu membuat nilai tegangan
geser yang dianalisa dengan metode elemen hingga nilainya jauh lebih tinggi.
- Tegangan geser maksimum yang dianalisa dengan metode elemen hingga terdapat pada
` 1c-1d Sekat Memanjang 1c-1d Sekat Memanjang 1c-1d Sekat Memanjang 1c-1d Sekat Memanjang 1c-1d Sekat Memanjang 1c-1d Sekat Memanjang Kondisi Pembebanan 2 Kondisi Pembebanan 3 Kondisi Pembebanan Ballast
11.181 11.181 14.569 14.569 24.094 17.598
Kondisi Pembebanan Nilai Tegangan geser
Maksimum ( N/mm2 ) Lokasi tegangan Geser
Kondisi Pembebanan Homogen Kondisi Pembebanan Heterogen Kondisi Pembebanan 1
kondisi pembebanan ballast a trough yang terdapat pada wrang pelat portside dengan nilai sebesar 126 N/mm2.
- Tegangan geser geser maksimum yang dianalisa dengan metode analisa manual akibat momen bending vertical terdapat pada kondisi pembebanan 3 karenan kondisi pembebanan ini yang memiliki shear force maksimum yaitu 6186,876, dan bagian yang mengalami tegangan geser maksimum itu adalah sekat memanjang pada node 1d yang terdapat pada batang 1c-1d sebesar 24.094 N/mm2.
3) Tegangan geser maksimum yang dianalisa dengan metode perhitungan manual akibat momen torsi ataupun momen bending terdapat pada lokasi yang sama yaitu sekat memanjang dengan elemen antara node 1c-1d. Tegangan geser maksimum akibat momen torsi bernilai sebesar 18.059 N/mm2.
4) Super posisi beban akibat muatan dan air laut yang berselisih besar akan berakibat tegangan geser yang cukup besar.
a) Super posisi akibat beban air laut yang lebih besar, hal tersebut terdapat pada kondisi pembebanan 1, 2 dan 3. Sesuai rekap tegangan geser maksimum yang terdapat pada tabel 6.1, tegangan geser maksimum pada setiap kondisi pembebanan adalah sebagai berikut:
- Pada LC1, hampir semua terdapat pada konstruksi pendukung kekuatan tanki nomer 4 yang tidak bermuatan yaitu bagian pelat wrang portside.
- Pada LC2, hampir semua terdapat pada konstruksi pendukung kekuatan tanki nomer 4 yang tidak bermuatan yaitu bagian pelat wrang starboard.
- Pada LC3, pada tanki 4 tidak terdapat muatan sehingga tegangan geser yang cukup tinggi terjadi dibagian konstruksi pendukung kekuatan tanki nomer 4 khususnya pada bagian pelat wrang.
b) Super posisi akibat beban muatan yang lebih besar, hal tersebut terdapat pada kondisi muatan ballast. Kondisi muatan ballast tanki muatan nomer 4 diisi penuh dengan muatan air laut membuat selisih yang cukup tinggi antar tekanan tersebut sehingga mengakibatkan tegangan geser yang cukup tinggi pada konstruksi pendukung khususnya pada bagian pelat wrang.
7.2. Saran
1. Untuk pengembangan analisa dengan menggunakan elemen hingga pada aplikasi perkapalan perlu dilakukan permodelan dengan sepanjang kapal, dengan hal itu maka akan didapatkan hasil pendekatan analisa sesuai dengan kondisi kapal sebenarnya. 2. Dalam penelitihan ini, perhitungan beban
momen torsi menggunakan rumus pendekatan oleh regulasi klasifikasi. Sehingga, untuk penelitian selanjutnya dapat dilakukan perhitungan momen torsi di sepanjang kapal. 3. Sebaiknya dilakukan penghindaran terhadap
kondisi pembebanan yang mengakibatkan super posisi yang cukup tinggi antara tekanan muatan dan air laut, karena hal tersebut akan berakibat tegangan geser yang cukup tinggi pada bagian konstruksi tersebut.
Daftar Pustaka
Hughes, F, O, Ship Structural Design, John Wiley & Son, New York ,1983
IACS, Common Structural Rules for Double Hull
Oil Tanker, IACS, UK, 2006
RINA, Rules for the Classification of Ship, RINA, Italy, 2010
Riyadi, S , Analisa Hull Girder pada Kapal Box
Shape Bulk Carrier (BSBC) 50.000 DWT Menggunakan Metode Elemen Hingga,
ITS, Surabaya, 2006
Zakky, Ahmad, Perkiraan Umur Konstruksi Kapal
dengan Analisa Fatigue: Study Kasus pada Kapal Bulk Carrier 50.000 DWT,
ITS, Surabaya, 2008 www. mastil. co. uk
www.matweb.com www. Wikipedia.com
![Gambar 2.1 lingkup model untuk analisa [RINA, 2010]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/4247591.2876762/3.918.141.790.94.1113/gambar-lingkup-model-untuk-analisa-rina.webp)
![Gambar 2. 2 Beban air laut [RINA, 2010]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/4247591.2876762/4.918.141.790.95.1092/gambar-beban-air-laut-rina.webp)
