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 didefinisikan dalam persamaan:
stress
dapat ( 2.1)
dimana : ( 2.2)
Q
= shear force
I t y s
= moment m inersiaa penampang = teebal pelat = jaarak titik beratt luasan ke sum mbu netral aksiss = panjang p pelat yang y ditinjau. S Setiap penamppang tertutup dirubah d menjaddi penamp pang terbuka dengan d memottong pada salaah satu uju ung dari penam mpang tertutupp tersebut. Tiaap cabang shear flow 0 pada ujuung cabangnya. Momennt pertama m dapat dih hitung dengaan persamaaan 2 untuk membedakan m n nilai m dengaan cut secttion diberikan simbol s m*. ( 2.3 ) Sehingg ga besarnya nilai dari disimboolkan sebagai q* q menjadi :
shear
flow w ( 2.44 )
Dan luasan shear floow untuk koreeksi shear flow w s komponeen penampang tertutup dapaat untuk satu diselesaaikan dengan cara c simpson, sebagai berikutt: ∫ ∫(q*/t) ds = ∑(q q*.P).s / 3.t
( 2.5 )
Dimanaa, P = q* x fakttor simpson Sehingg ga koreksi shear flow w keseluruhaan kompon nen tertutup dapat diseleesaikan dengaan integrall tertutup ( 2.66 ) ׯ (ׯ1/t)ds Dan luasan shear floow untuk koreeksi shear flow w untuk keseluruhan k koomponen penaampang tertutuup dapat diselesaikan d dengan cara inntegral tertutupp, sebagaii berikut : ׯ (ׯq*/t)ds
( 2.77 )
Sehingg ga dari perssamaan 6 daan 7 menjaddi persamaaan shear flow f koreksi untuk suattu penamp pang tertutup: (ׯq1/t)ds + (ׯqq2/t)ds + … + (ׯq ׯ ׯN/t)ds = -(ׯq*/t)ds ( 2.88 ) Kemuddian dilakukann penjumlahann antara sheaar flow sebelum korekksi (pers.4) dan d shear flow w koreksi (pers.8), menjjadi : ( 2.99 ) Apabilaa arah sheaar flow sebbelum korekksi berlawaanan dengan arah a shear flow w koreksi, makka tanda (+ +) menjadi (-). 2.2. Teg gangan Geserr Akibat Mom men Torsi Untuk meneentukan hasil perhitungaan U tegangaan geser akibaat momen torrsi maka dapaat diselesaaikan dengan formula mulltipel cell freee
warpin ng. Formula inni digunakan untuk multi ssel yang saling berhub ubung dan seemuanya dalaam kondissi tertutup (closse section) dann benda diangggap free waarping. Fornula untukk menentukan aliran di setiiap sel adaalah sebagai beerikut: Mx= 2Aiqi
( 2.110 )
Dan tootal dari sel dappat ditulis sebaagai berikut: n
M`x 2 Aiiqi
( 2.111 )
i 1
Dikareenakan tidak akkan bisa mencaari nilai q denggan rumus tersebut makaa dilakukan denngan perhitunggan geomeetric compabiliity. Untuk beberapa cells cloose section n pada geoometric com mpability dappat mengggunakan formula sebagai beriikut:
1/θ' (ׯq/t)ds = 2AG
( 2.112 )
Rumuss diatas 2.12 ddapat ditulis denngan
qi/θ'ׯds/t ‐ ((qi‐1/θ')∫i‐1ds/t ‐ (qi+1/θ')∫i+1dss/t + +……. (qn/θ')∫∫nds/t =2AiG
( 2.113 )
Untuk lebih menyedderhanakan peerhitungan maaka dilakukkan permisalann sebagai berikkut: ( 2..14 )
qi/θ'=qi'
Sehinggga persamaann 2.13 dapatt ditulis sepeerti persam maan berikut:
qi'ׯds/t ‐ (qi‐1')∫i‐1ds/t ‐ (qi++1')∫i+1ds/t +……. (qn')∫nds/t =2AiG
( 2.115 )
Untuk integraal dari persam maan 2.15 akkan dilakukkan evaluasi ddari geometri yang y terdiri daari koofisiien yang akan diperlihatkan dengan d simbull C dan peersamaan akan menjadi Ciqi’ – Ci-1 qi-11’ –Ci+1qi+1’ = 2AiG 2
( 2.116 )
Persam maan ini untukk semua sel daan menghasilkkan persam maan sebagai beerikut: [C]{q’} = 2 G {A}
( 2.117 )
Dan akan a didapatkkan nilai q’ dari persamaaan berikutt: Mx = 2{A}T {q}=2θ’{ A }T{ q’ }
( 2..18 )
Dan olleh karena itu ( 2..19 ) Dari persamaan terakkhir kita lihat bahwa penyebbut menjad di rigidly darii semua seksi. Dan untuk G GJ
untuk satu bagian tertutup maka digunakan formula. ( 2.20 ) 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 ( 2.21 ) 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.
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:
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
1. 2. 3. 4.
Kondisis pembebanan homogen Kondisis pembebanan heterogen Kondisi pembebanan pada sarat tertentu 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 ( 2.22 ) Kondisi sagging ( 2.23 ) b. Vertical wave bending moments Kondisi hogging ( 2.24 ) Kondisi sagging ( 2.25 ) c. Horizontal wave bending moment ( 2.26 )
d. Wave torque ( 2.27 ) e. Vertical wave shear force ( 2.28 ) 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 2.3 beban gelombang [ RINA, 2010] Gambar 2. 2 Beban air laut [RINA, 2010] Formula yang digunakan adalah sebagai berikut:
Formula yang digunakan dalam menghitung distribusi beban pada posisi upright terdapat pada tabel2.4 dan inclined pada tabel 2.3.
Tabel 2.2 beban air laut [ RINA 2010]
Tabel 2.3 Beban gelombang pada posisi upright “load a dan b [ 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.
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]
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 )
( 2.29 )
Untuk pembebanan saat tanki termuati secara penuh (full volume) ( 2.30 ) P =ρ .g.(z -z) S1
L
L
PS2 = ρL . g . ( zTOP - z ) + 100pPV
( 2.31)
Persyaratan nilai Ps minimum adalah: PSmin= ρL. g .( 0.8 . L1/(420 - L1))
( 2.32 )
Nilai Ps tersebut akan dicari nilai yang maksimal dan akan ditambah dengan nilai inertial pressure (pw) dan nilai pS + pW ≥ 0 3. Metodologi Penelitihan
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 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
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
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
4.6.1. Hullgirder load 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.
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 = 117876.937 kN.m MWH 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.
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]
Gambar 5.1 plot aliran geser dan node.
G = Modulus elastis geser
Tanda silang menunjukkan kalau bagian tertutup dibuat menjadi aliran terbuka yang dimulai dari bagian tersebut. Perhitungan shear flow
G
E 2(1 )
= 79.2346154
[Gpa]
7.92E+10
[N/m2]
E=
206.01
ν =
0.27-0.30
[Gpa]
Tabel5.2. Cuplikan hasil perhitungan shear flow
Sebelem dilakukan koreksi diberikan arah acuan awal aliran geser dan node nya seperti gambar dibawah
6. Analisa dan Pembahasan 6.1. Persyaratan penerimaan tegangan geser.
Gambar 5.2 arah acuan awal dan node
Dari perhitungan didapatkan nilai: A0 = 55.880 m2 A4 = 3.652 m2 2 A5 = 4.259 m2 A1 = 4.444 m 2 A2 = 3.801 m A6 = 0.431 m2 2 A3 = 1.849 m 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.
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. Kondisi Pembebanan Lc Homogen a crest Lc Homogen a trough Lc Homogen b Lc Homogen c Lc Homogen d Lc Heterogen a crest Lc heterogen a trough Lc Heterogen b Lc Heterogen c Lc Heterogen d Lc 1 a crest Lc 1 a trough Lc 1 b Lc 1 c Lc 1 d Lc 2 a crest Lc 2 a trough Lc 2 b Lc 2 c Lc 2 d Lc 3 a crest Lc 3 a trough Lc 3 b Lc 3 c Lc 3 d Lc Ballast a crest Lc Ballast a trough Lc Ballast b Lc Ballast c Lc Ballast d
Tegangan Geser (N/mm2) 33.6 21.9 20.7 78.2 33.9 21.5 24.3 20.5 78.3 42.4 48.5 48.5 45.2 75 49.4 49 32.1 43.6 76.1 42.3 45.9 30 47.9 92.6 51.1 91.2 126 122 116 82.6
Lokasi Pelintang sisi atas (P) Wrang pelat (P) Pelat sisi dalam (p) pelat geladak (p) pelat geladak (s) Pelat sisi dalam (p) Wrang pelat (P) Pelat sisi dalam (p) pelat geladak pelat geladak Wrang pelat (P) Wrang pelat (P) Wrang pelat (P) pelat geladak Wrang pelat (P) Wrang pelat (s) Wrang pelat (s) Wrang pelat (s) Pelat geladak Pelat geladak Wrang pelat (p) Sekat memanjang Wrang pelat (p) Pelat geladak Wrang pelat (p) Wrang pelat (p) Wrang pelat (p) Wrang pelat (p) Pelat geladak Wrang pelat (p)
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
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.
`
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 Kondisi Pembebanan
Nilai Tegangan geser Maksimum ( N/mm2 )
Kondisi Pembebanan Homogen
11.181
Kondisi Pembebanan Heterogen
11.181
Kondisi Pembebanan 1
14.569
Kondisi Pembebanan 2
14.569
Kondisi Pembebanan 3
24.094
Kondisi Pembebanan Ballast
17.598
Lokasi tegangan Geser 1c-1d Sekat Memanjang 1c-1d Sekat Memanjang 1c-1d Sekat Memanjang 1c-1d Sekat Memanjang 1c-1d Sekat Memanjang 1c-1d Sekat Memanjang
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 6.3. 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
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.
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
3)
4)
a)
-
-
-
b)
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. 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. Super posisi beban akibat muatan dan air laut yang berselisih besar akan berakibat tegangan geser yang cukup besar. 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. 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.
2.
3.
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. 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. 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
