BAB IV PEMBUATAN MODEL
4.1.
Pembuatan Model Geometri Untuk menganalisa dengan menggunakan metode elemen hingga hal pertama yang harus
dilakukan adalah membuat model geometri dari vessel tersebut terlebih dahulu untuk memberikan tempat pembuatan meshing. Pembuatan model dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak MSC Nastran 4.5. Perangkat lunak ini dipilih dikarenakan modul pembuatan model pada MSC Nastran 4.5 tersebut adalah yang paling kompatibel dengan modul analisa pada MSC Nastran 4.5. Dikarenakan pembuatan model yang dilakukan pada modul MSC Nastran 4.5 pembuatan model tidak dapat langsung di impor dari gambar CAD yang telah tersedia. Sehingga pembuatan model geometri vessel dibuat langsung pada modul pembuatan model MSC Nastran 4.5 dari awal.
4.2.
Metodologi Model yang dibuat pada software ini mengacu pada gambar model 3 dimensi atau CAD yang
telah dibuat oleh PT. United Tractors Engineering menggunakan perangkat lunak PRO/ENGINEER. Dikarenakan tidak kompatibelnya perangkat lunak MSC Nastran for Windows 4.5 dengan PRO/ENGINEER maka pembuatan model pada MSC Nastran harus dibuat dari dasar langsung pada perangkat lunak MSC Nastran 4.5. Untuk itu perlu dibuat langkah-langkah dalam membuat model tersebut dengan menggunakan Nastran sebagai modul pembuatan model dari vessel tersebut. Langkahlangkah pembuatan model tersebut antara lain terlihat pada Diagram Alir 4.1. Langkah pertama merupakan langkah pengumpulan data dimana data-data yang diterima dari PT. United Tractors Pandu Engineering diolah dan dipelajari. Kemudian baru dilanjutkan pada pembuatan model dan penentuan batasan-batasan pada model. Setelah pembuatan model geometri vessel selesai model harus divalidasi terlebih dahulu. Dikarenakan tidak memungkinkannya untuk membuat model pengujian secara riil maka validasi model dilakukan dengan cara mengecek beban kosong yang dimiliki model dan setelah itu divalidasi dengan mengecek gaya reaksi di setiap tumpuan model tersebut secara statis. Setelah validasi sesuai maka model baru dapat dikatakan selesai dibuat.
Diagram 4.1 Diagram Alir Langkah-langkah dalam Pembuatan Model Geometri TV35
4.3
Pemodelan Geometri Pemodelan vessel TV35 ini dilakukan dengan tipe pemodelan plate surface secara keseluruhan
baik sidewall, floor maupun stiffener, hal ini dilakukan karena sebagian besar bagian dari vessel memiliki perbandingan antara ketebalan dan panjang serta lebar yang cukup besar. Sehingga akan lebih tepat jika pemodelan dilakukan dalam tipe plate surface tersebut dengan elemen quad (segi empat dengan 4 nodal) . Sementara itu ketebalan di setiap plat disesuaikan dengan gambar teknik yang diperoleh dari PT. United Tractors Pandu Engineering. Pembuatan model dilakukan dengan menggunakan modul pembuatan model pada MSC Nastran 4.5. Model hal ini dilakukan agar model geometri yang dibuat kompatibel dengan modul penganalisis pada MSC Nastran 4.5. Model elemen hingga yang dibuat memiliki meshing geometri vessel yang menghasilkan nodal sebanyak 39726 buah dengan jumlah elemen 42283 buah yang berbentuk quad. Gambar 3.1, 3.2, dan 3.3 menunjukkan bentuk keseluruhan dari hasil meshing dari model geometri vessel
TV35 yang digunakan pada penelitian ini dalam pandangan wireframe, quick hidden line, dan solid secara berurutan. Pembuatan elemen hingga ini sendiri terdiri dari beberapa tahap : 1. Pembuatan model geometri awal dari struktur uji (dijelaskan selanjutnya pada sub bab 4.3.1)
2. Pengaturan jumlah elemen (mesh seed) dan pembuatan elemen pada model geometri yang sudah dibuat (dijelaskan selanjutnya pada sub bab 4.3.2). 3. Penentuan material properties dan element properties model elemen hingga (dijelaskan pada sub bab 4.3.3) Untuk memudahkan dalam pembuatan model geometri. Maka dalam penelitian ini model dibangun dalam beberapa layer. Layer ini dibagi berdasarkan komponen-komponen yang membentuk vessel secara keseluruhan. Pembagian layer berdasarkan komponen akan sangat memudahkan jika terjadi kesalahan-kesalahan saat melakukan pembuatan. Sehingga saat terjadi kesalahan atau terjadi error pembuatan model tidak perlu diulang dari awal, cukup dengan menghapus komponen yang bermasalah saja.
Gambar 4.1 Model Elemen Hingga pandangan wireframe
Gambar 4.2 Model Elemen Hingga pandangan Quick Hidden Line
Gambar 4.3 Model Elemen Hingga dalam pandangan Solid
4.3.1.
Pembuatan Model Geometri Awal
Pembuatan model geometri struktur uji pada dasarnya dilakukan melalui beberapa tahap. Tahap-tahap tersebut adalah: 1.
Pembuatan geometri titik (point).
2.
Pembuatan geometri garis (curve).
3.
Pembuatan geometri permukaan (surface).
Langkah awal dari tahap tersebut adalah pembuatan geometri titik. Geometri titik pada MSC Nastran 4.5 dibangun pada ruang yang dibangun berdasarkan koordinat kartesian XYZ. Sehingga hal pertama yang harus dilakukan adalah menentukan dasar (base) dari model geometri tersebut nantinya. Pada penelitian ini dipilih bidang dasar X-Y sebagai bidang kerja (workplane) dari pembuatan model geometri vessel. Pada
MSC
Nastran
pembuatan
geometri
titik
dilakukan
dengan
melalui
perintah
Geometry>Points. Setelah perintah dimasukkan maka kotak dialog seperti terlihat pada Gambar 4.4 akan muncul. Pada bagian ini akan diberi contoh pembuatan dinding samping bagian kanan (sidewall RH) dari vessel TV35 . Pada kotak dialog yang muncul dimasukkan nilai pada x dan y (0,0) dan kemudian dilanjutkan dengan memilih OK lalu Cancel. Hal ini dilakukan untuk memudahkan dalam menentukan titik awal dari pembuatan garis atau kurva.
Gambar 4.4 Tampilan menu untuk pembuatan point Setelah titik awal ditentukan berikutnya adalah pembuatan kurva. Pada MSC Nastran 4.5 proses pembuatan kurva dapat dilakukan dengan berbagai macam cara. Variasi cara pembuatan kurva ini dipilih sesuai dengan kebutuhan. Oleh karena itu, pada penelitian dikarenakan bentuk dinding samping yang memiliki banyak sudut maka dipilih pembuatan kurva dengan metode At Angle. Untuk mengakses perintah ini maka perlu dipilih opsi Geometry>Curve-Line>At Angle. Pada kotak dialog yang muncul kemudian, perlu dimasukkan koordinat asal kurva yang akan dibentuk dalam x, y, dan z yang pada kasus ini bernilai (0,0,0) seperti terlihat pada Gambar 4.5.
Gambar 4.5 Tampilan menu untuk pembuatan kurva dengan metode at angle Setelah memasukkan koordinat awal dari kurva yang akan dibuat, maka hal berikut yang perlu dilakukan adalah memasukkan besaran panjang dari kurva itu sendiri. Penentuan besaran panjang dapat dilakukan dengan memilih opsi parameters. Yang kemudian akan memunculkan kotak dialog lain seperti terlihat pada Gambar 4.6 sebagai berikut.
Gambar 4.6 Tampilan menu pada penentuan parameter besaran kurva Pada tampilan menu tersebut dimasukkan nilai besaran sebesar 501, dikarenakan pada perangkat lunak MSC Nastran 4.5 tidak dapat menentukan besaran yang digunakan, maka penggunaan besaran pada perangkat lunak ini haruslah konstan dan disamakan dari pembuatan awal sampai akhir. Pada penelitian ini digunakan besaran mm, ton, dan sekon. Sehingga besaran 501 yang dimasukkan adalah dalam mm. Setelah nilai besaran dimasukkan pilih opsi OK yang akan menghantarkan kembali ke kotak dialog semula. Pada kotak dialog ini juga dipilih opsi OK sehingga akan muncul kotak dialog berikut untuk menentukan sudut atau arah dari kurva tersebut seperti terlihat pada Gambar 4.7.
Gambar 4.7 Tampilan menu pada penentuan sudut arah kurva Pada kasus ini dimasukkan nilai sudut 90 derajat dengan nilai positif dari titik awal kuadran I untuk menghasilkan bentuk kurva dengan arah lurus ke arah atas. Langkah-langkah seperti yang telah disebutkan di atas diulangi hingga terbentuk bentuk kurva yang diinginkan seperti yang terlihat pada Gambar 4.8 sebagai berikut. Setelah terbentuk kurva maka langkah berikut dari pembuatan model geometri dari komponen sidewall ini adalah pembuatan permukaan dari dinding samping itu sendiri. Pembuatan ini dapat dilakukan dengan melakukan penarikan (extrude) pada kurva yang telah ada dengan memasuki perintah Geometry>Surface>Extrude. Setelah itu akan muncul kotak dialog seperti pada Gambar 4.9, pada kotak dialog tersebut terdapat pilihan untuk memilih kurva yang akan dilakukan penarikan. Karena hanya ada satu kurva yang baru terbentuk maka pilihan select all dapat dipilih setelah itu diikuti dengan perintah OK.
Gambar 4.8. Kurva yang membentuk dinding samping vessel TV35
Gambar 4.9 Tampilan menu pada pilihan kurva yang akan dibentuk menjadi permukaan. Setelah itu akan muncul kotak dialog lain yang akan menentukan besar dan arah penarikan yang akan dilakukan pada kurva tersebut. Pada kasus ini dikarenakan panjang dinding vessel yang mencapai 7374 mm maka pada tampilan menu tersebut dimasukkan angka -7374 pada kolom tip-Z. Tanda minus menunjukkan arah penarikan apakah ke arah z positif atau z negatif. Setelah dimasukkan semua seperti terlihat pada Gambar 4.10 masukkan pilihan OK dan kemudian permukaan dari dinding akan terbentuk seperti terlihat pada Gambar 4.11.
Gambar 4.10 Tampilan menu untuk menentukan besar dan arah penarikan kurva
Gambar 4.11. Hasil permukaan (surface) dinding samping vessel TV35 .
4.3.2
Pengaturan Jumlah Elemen dan Nodal (Meshing) Setelah menyelesaikan tahap pembuatan model geometri, maka tahap selanjutnya yang perlu
dilakukan adalah pengaturan jumlah elemen dan nodal pada model geometri tersebut. Pengaturan tersebut dibagi menjadi beberapa bagian besar sebagai berikut. •
Penentuan jumlah mesh pada kurva yang telah dibuat. Pada penelitian ini, tipe model yang digunakan adalah tipe permukaan plat (plate surface). Dalam
hal ini ketebalan plat ditentukan melalui property dari material yang digunakan dan bukan melalui bentuk geometri secara langsung. Oleh karena itu penentuan jumlah meshing dilakukan langsung pada kurva sebelum dilakukan proses extrude. Penentuan jumlah meshing pada model geometri dapat dilakukan dengan menggunakan perintah Mesh>Mesh control>Size along curve. Pada perintah ini jumlah mesh pada sebuah kurva ditentukan dengan memasukkan jumlah mesh yang diinginkan pada suatu panjang kurva tertentu seperti terlihat pada kotak dialog pada Gambar 4.12.
Gambar 4.12 Tampilan menu untuk perintah Mesh Size Along Curve Perintah ini diterapkan pada setiap kurva yang telah dibuat. Penentuan jumlah kurva disesuaikan dengan seberapa panjang kurva tersebut dan seberapa detail meshing yang diperlukan pada daerah tersebut. Setelah semua kurva ditentukan jumlah elemen dan nodalnya, maka akan terbentuk kurva yang telah terbagi-bagi menjadi elemen dan nodal seperti terlihat pada contoh kurva pembuatan komponen dinding samping seperti terlihat pada Gambar 4.13 sebagai berikut.
Gambar 4.13 Kurva Dinding Samping (sidewall) vessel yang telah ditentukan jumlah elemen dan nodalnya. •
Penarikan meshing yang telah dibuat pada kurva. Setelah penentuan jumlah meshing pada kurva selesai dibuat. Tahap berikutnya adalah melakukan
penarikan (extruding) meshing yang telah dibuat pada kurva-kurva tersebut sehingga membentuk elemen yang sesuai dengan bentuk geometri yang diinginkan. Langkah ini dimulai dengan menggunakan perintah Mesh>Extrude>Curve. Setelah memasukkan perintah tersebut maka akan muncul kotak dialog yang berfungsi untuk menyeleksi kurva mana yang akan ditarik untuk menjadi elemen. Setelah kurva yang akan ditarik telah dipilih maka pilih opsi OK. Kemudian akan muncul kotak dialog lainnya seperti terlihat pada Gambar 4.14 sebagai berikut.
Gambar 4.14 Tampilan menu untuk meshing generation yang telah dibuat pada kurva Pada kotak dialog tersebut terdapat pilihan properti dari material yang digunakan pada komponen tersebut. Pada kasus kali ini dipilih tipe properti surface plate seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Selain itu dalam kotak dialog ini juga perlu dimasukkan jumlah pemnbagian elemen yang diinginkan sepanjang penarikan mesh kurva. Untuk kasus kali ini dimasukkan angka 25. Setelah semua data dimasukkan maka pilih OK dan akan muncul kotak dialog berikut yang berfungsi untuk memasukkan data arah dan panjang penarikan yang akan dilakukan dengan menentukan titik awal dan akhir dari penarikan tersebut. Untuk kasus pembuatan komponen dinding samping vessel dimasukkan data seperti terlihat pada Gambar 4.15 sebagai berikut.
Gambar 4.15 Tampilan menu untuk menentukan titik awal dan akhir penarikan Pada kotak dialog tersebut dimasukkan angka sebesar 7374 dengan nilai negatif. Hal ini untuk membuat sebuah dinding vessel yang memiliki panjang searah sumbu z negatif sepanjang 7374 mm. Setelah data dimasukkan maka akan tercipta mesh generation seperti terlihat pada Gambar 4.16 berikut ini.
Gambar 4.16 Hasil dari mesh generation untuk komponen dinding samping vessel TV35. 4.3.3
Penentuan Material Properties dan Element Properties Model Elemen Hingga Setelah model geometri dan pembuatan mesh generation telah selesai. Maka langkah selanjutnya
adalah untuk menentukan Material Properties serta Element Properties dari model geometri tersebut. Untuk itu diperlukan data-data mengenai properti dari material yang digunakan oleh vessel tersebut. Terdapat 3 material utama yang digunakan dalam membuat vessel TV35 ini seperti yang telah tercantum pada Tabel 3.1 di Bab III. Tetapi karena ketiga material tersebut dapat dikategorikan sebagai baja, maka ketiga material tersebut memiliki Material Properties yang sama. Berikut adalah properti dari material baja : •
Young Modulus (E)
:
•
Modulus Geser (G)
:
•
Massa Jenis (ρ)
:
•
Poisson’s Ratio
:
210000
MPa
7.58939 x 109 MPa 7.83 x 10-9 ton/mm3 0,33
Tidak semua data material telah terdefinisikan dalam katalog perangkat lunak MSC Nastran 4.5. Oleh karena itu keberadaan data di atas sangatlah penting agar data-data tersebut dapat didefinisikan terlebih dahulu pada katalog MSC Nastran 4.5. Pendefinisian properti material tersebut dapat dilakukan dengan memilih opsi Model>Material yang kemudian akan memunculkan kotak dialog seperti yang terlihat pada Gambar 4.17 sebagai berikut.
Gambar 4.17 Tampilan menu untuk mendefinisikan properti material Pada kotak dialog tersebut dimasukkan data-data properti material baja yang telah diketahui sebelumnya. Kemudian definisikan nama material pada kolom Title pada kasus ini material baja didefinisikan sebagai Steel_MKS. Setelah semua data selesai dimasukkan pilih opsi OK dan setelah itu Cancel. Maka material Steel_MKS telah terdaftar pada katalog MSC Nastran 4.5 dengan nomor ID 1. Setelah data material terdefinisikan dalam katalog MSC Nastran 4.5, maka langkah selanjutnya yang perlu dilakukan adalah mendefinisikan properti elemen (element properties) dari material tersebut. Pendefinisian ini sangat perlu karena pada penelitian ini semua material yang digunakan sama yaitu baja. Sehingga yang berbeda adalah ketebalan dan ketahanan terhadap tegangan yield serta ultimate nya. Oleh karena itu pendefinisan elemen pada kasus ini sangatlah penting. Pendefinisian dilakukan dengan memilih opsi Model>Property. Setelah opsi tersebut dipilih kotak dialog seperti yang terlihat pada Gambar 4.18 akan muncul. Pada tampilan kotak dialog tersebut dimasukkan data-data properti elemen yang diinginkan. Pada pembuatan model geometri vessel TV35 ini digunakan material baja dengan berbagai macam ketebalan, oleh karena itu diperlukan beberapa definisi properti elemen agar kebutuhan keragaman ketebalan material baja tersebut dapat terpenuhi.
Gambar 4.18 Tampilan menu untuk mendefinisikan properti elemen Pada tampilan menu tersebut yang perlu dilakukan pertama kali adalah menginput definisi nama dari tipe properti yang diinginkan. Pada pembuatan model geometri dinding samping vessel diperlukan material baja dengan ketebalan 6 mm. Oleh karena itu, pada kolom Title diisi nama plate 6 mm. Setelah itu pemilihan jenis material, pada kasus ini jenis material yang dipilih adalah material yang telah didefinisikan sebelumnya yaitu Steel_MKS. Setelah itu hal berikut yang perlu diatur adalah tipe elemen yang diinginkan. Hal ini dapat dilakukan dengan memilih opsi Elem/Property Type. Setelah dipilih maka akan muncul kotak dialog seperti terlihat pada Gambar 4.19 sebagai berikut. Pada kasus ini dipilih tipe elemen Plate lalu pilih opsi OK. Dan tampilan menu akan kembali ke kotak dialog awal, untuk mendefinisikan ketebalan dari plat yang digunakan maka pada bagian Property Values perlu diisi pada kolom Thicknesses, Tavg or T1 ketebalan yang diinginkan. Pada pembuatan komponen dinding samping kali ini diperlukan ketebalan 6 mm, maka kolom tersebut perlu diisi dengan angka 6. Setelah memilih opsi OK maka properti elemen telah terdefinisikan. Untuk menghemat waktu dalam pembuatan model alangkah baiknya jika seluruh data material dan properti elemen didefinisikan terlebih dahulu saat memulai perkerjaan. Hal ini dapat mempersingkat waktu serta memudahkan dalam pembuatan model geometri pada nantinya.
Gambar 4.19 Tampilan menu untuk penentuan Elem/Property Type
4.4
Pemodelan Beban Pemodelan kasus pembebanan untuk analisa dilakukan dengan menyesuaikan kriteria-kriteria
yang telah ditentukan untuk mensimulasikan kondisi kritis vessel. Pada penelitian ini terdapat 3 konfigurasi beban yang perlu dimodelkan, 3 konfigurasi beban tersebut terdiri dari : •
Pemodelan beban untuk muatan volume vessel
•
Pemodelan beban simulasi untuk skenario pembebanan 1 dan 2
•
Pemodelan beban simulasi impak untuk skenario pembebanan 3
4.4.1
Pemodelan Beban untuk Muatan Volume Vessel Pada penelitian ini pemodelan beban untuk isi vessel harus dapat menyesuaikan dengan tipe
muatan vessel sebenarnya sedekat mungkin. Oleh karena itu pengumpulan data yang baik sangat diperlukan untuk dapat menghasilkan hasil analisa yang sedekat mungkin dengan kondisi operasional normal di lapangan. Berdasarkan data yang telah diperoleh dan dikumpulkan pada Bab III, vessel TV35 tersebut memiliki kapasitas maksimum mencapai 35 m3. Dengan asumsi muatan material yang mengisi adalah material batubara dengan kerapatan 0,95 ton/m3, maka dapat diperoleh beban total yang diterima oleh vessel yaitu mencapai 33,25 ton. Beban ini sebenarnya telah melampaui batas yang diperbolehkan oleh pabrik sebesar 0,75 % dari 33 ton yang diperbolehkan.
Material batubara sendiri termasuk sebagai tipe material curah, dan hal ini sangat perlu diperhatikan. Material curah memiliki karakteristik yang unik yaitu pada saat ditumpuk memiliki tendensi untuk jatuh pada sudut kemiringan tertentu sesuai dengan sudut jatuh (slide angle) nya. Sehingga pada pemodelan ini dipilih karakteristik slide angle yang umum dimiliki oleh batubara yaitu 38o. Oleh karena itu dalam pemodelan beban yang diterima oleh sisi-sisi vessel perlu diperhatikan bagaimana arah dan distribusi beban yang diterima oleh dinding-dinding vessel tersebut. Pada sisi depan dan belakang perhitungan beban yang pertama kali perlu diperhatikan adalah menghitung seberapa besar beban yang mengenai sisi-sisi tersebut dibanding dengan beban secara keseluruhan. Diagram bebas distribusi beban yang jatuh pada dinding bagian depan dan belakang vessel dapat terlihat pada ilustrasi pembebanan yang terlihat dengan menggunakan tampak samping seperti terlihat pada Gambar 4.20 berikut.
Gambar 4.20 Ilustrasi distribusi beban pada dinding depan atau belakang vessel Ilustrasi tersebut menggambarkan idealisasi muatan vessel dengan pandangan samping secara sederhana dengan panjang total 7374 mm dan tinggi 1994 mm. Dari vessel tersebut ditarik garis dengan sudut 380 untuk menggambarkan kondisi slide angle dari batubara tersebut. Dari ilustrasi tersebut terlihat hanya sekitar 34,61 % dari beban total material atau 11,52 ton yang membebani dinding bagian depan dan belakang vessel. Sehingga dari beban sebesar 11,52 ton tersebut tidak seluruhnya membebani secara langsung dinding bagian depan dan belakang, melainkan hanya bagian material diatas garis slide angle saja yang membebani dinding tersebut. Dengan kata lain hampir setengah dari 11,52 ton batubara atau sekitar 5,754 ton yang dianggap sebagai Fbeban. Setelah Fbeban diketahui maka dapat dicari Fsisi yaitu sebesar 3,542 ton atau 35420 N. Agar beban dalam model geometri yang telah dibuat dapat dimasukkan ke dalam pemodelan, maka beban dari Fsisi perlu dibagi berdasarkan jumlah nodal yang terdapat di masing-masing dinding vessel. Hal ini dilakukan untuk mensimulasikan kondisi beban yang terdistribusi merata. Berdasarkan
hasil pemodelan yang telah dibuat pada dinding bagian depan (front plate) vessel terdapat nodal sebanyak 2656 buah, oleh karena itu beban yang diberikan pada dinding bagian depan adalah,
= 35420 / 2656 = 13,35 N (dengan sudut 38o ke arah luar sisi) Begitu pula pada sisi belakang vessel, dengan mengacu pada hasil pemodelan yang telah dibuat jumlah nodal pada dinding bagian belakang vessel terdapat 2156 buah nodal. Maka dapat diperoleh beban per nodal yang membebani dinding bagian belakang sebesar,
= 35420 / 2156 = 16,277 N (dengan sudut 38o ke arah luar sisi) Sedangkan distribusi beban pada dinding bagian samping (sidewall) vessel , metode penghitungan distribusi beban tidak terlampau berbeda dengan yang telah dilakukan pada dinding bagian depan dan belakang vessel. Pada penghitungan distribusi beban pada bagian ini yang perlu diketahui pertama kali adalah seberapa besar Fsisi yang diterima sisi-sisi samping vessel seperti yang terlihat pada ilustrasi pembebanan yang dirangkum pada Gambar 4.21 sebagai berikut. Agar besar Fsisi dapat ditentukan maka perlu diketahui terlebih dahulu seberapa besar Fbeban yang diterima oleh dinding bagian samping vessel. Dengan asumsi hampir setengah dari beban total yang diterima oleh sisi-sisi samping vessel, maka dapat diperoleh Fbeban ≈ 16,625 ton. Dari informasi tersebut maka dapat dicari Fsisi sebesar 10,235 ton atau 102350 N. Berdasarkan hasil pemodelan jumlah nodal, dinding bagian samping vessel memiliki 7400 buah nodal, sehingga dari informasi tersebut dapat diperoleh beban per nodal yang membebani dinding bagian samping vessel sebesar,
Gambar 4.21 Ilustrasi distribusi pembebanan pada bagian dinding samping vessel dengan menggunakan pandangan depan
=135440 / 7400 =13,831 N (dengan sudut 38o ke arah luar sisi ) Selanjutnya beban yang perlu ditentukan kemudian adalah beban yang diterima oleh lantai. Pada pemodelan ini diasumsikan beban yang diterima oleh lantai vessel adalah beban total secara keseluruhan yakni 33,25 ton. Tetapi dikarenakan beban yang diterima oleh lantai diasumsikan sebagai beban yang terdistribusi merata maka tetap perlu dicari seberapa besar beban per nodal pada lantai. Dengan jumlah nodal pada lantai sebanyak 5942 buah nodal dapat dicari beban yang diterima per nodal pada lantai vessel yaitu,
=332500/5942 = 55,957 N ( ke arah sumbu Y negatif) Setelah data-data tersebut di atas diperoleh, maka pendistribusian beban muatan pada vessel disimulasikan pada model geometri. Beban-beban yang telah diterapkan pada model geometri vessel dapat terlihat pada ilustrasi pembebanan pada model geometeri seperti yang terlihat pada Gambar 4.22 dan Gambar 4.23 sebagai berikut.
Gambar 4.22 Distribusi pembebanan muatan vessel dengan pandangan samping
Gambar 4.23 Distribusi pembebanan muatan vessel dengan pandangan depan 4.4.2
Pemodelan Beban Simulasi untuk Skenario Pembebanan 1 dan 2 Setelah pemodelan beban muatan pada model geometri selesai dilakukan, maka pemodelan beban
berikut yang perlu ditentukan adalah pemodelan beban untuk mensimulasikan skenario-skenario pembebanan yang telah ditentukan sebelumnya. Skenario yang akan disimulasikan adalah skenario pembebanan 1 dan 2. •
Skenario pembebanan 1 Pada skenario pembebanan 1 kondisi truk berada dalam keadaan diam atau stasioner. Sehingga
gaya yang bekerja pada skenario ini hanya berasal dari pergerakan vessel. Di skenario ini vessel diasumsikan berada dalam kondisi sesaat hendak diangkat dengan percepatan yang diciPT.akan oleh pompa hidraulik sebesar 2G. Hal ini berarti dalam kondisi tersebut vessel menerima beban hingga dua kali lipat dari muatan normalnya. Pada perangkat lunak MSC Nastran 4.5 skenario 1 dapat disimulasikan dengan menambahkan beban body load pada geometri vessel. Penambahan beban body load ini dimaksudkan untuk memberikan tambahan percepatan sebesar 1 kali percepatan gravitasi untuk memberikan efek peningkatan beban sebesar 2 kali lipat dari beban normal. Untuk itu pada kotak dialog yang muncul dengan memasuki menu Model>Load>Body seperti terlihat pada Gambar 4.24 berikut perlu dimasuki angka 9810 dalam nilai negatif pada kolom Y di bagian Translation/Gravity. Pada penelitian ini nilai yang dimasukkan adalah senilai dengan percepatan satu kali gravitasi yaitu 9810 mm/s2 ke arah sumbu Y negatif.
Gambar 4.24 Tampilan menu untuk penambahan Body Load •
Skenario Pembebanan 2 Pada skenario pembebanan 2 kondisi truk tidaklah stasioner atau diam, melainkan berada dalam
kondisi pengereman dan berbelok sekaligus sementara kondisi vessel berada dalam kondisi tidak terangkat. Oleh karena itu pada skenario ini perlu disimulasikan gaya inersia pada saat pengereman dan gaya sentrifugal pada saat berbelok yang dialami oleh vessel. Berdasarkan data yang diperoleh dari PT. United Tractors Pandu Engineering kondisi berbelok maksimum truk dapat menyebabkan penambahan beban sebesar 0,6G pada vessel akibat gaya sentrifugal. Sedangkan dalam kondisi pengereman maksimum dapat menyebabkan penambahan beban sebesar 0,8G atau sebesar pada vessel akibat gaya inersia pengereman truk. Agar skenario pembebanan 2 dapat disimulasikan pada perangkat lunak MSC Nastran 4.5 maka data-data tersebut dimasukkan ke dalam menu Model>Load>Body seperti yang dilakukan pada skenario pembebanan 1. Untuk mensimulasikan penambahan beban akibat kondisi berbelok dan pengereman maka perlu dimasukkan penambahan percepatan sebesar 5886 mm/s2 pada kolom X di bagian Translation/Gravity untuk mensimulasikan kondisi berbelok serta penambahan percepatan sebesar 7848 mm/s2 pada kolom Y di bagian yang sama untuk mensimulasikan kondisi pengereman.
4.4.3
Pemodelan Beban Simulasi Impak untuk Skenario Pembebanan 3 Pada skenario pembebanan 3 pemodelan beban tidaklah seperti pada pemodelan beban pada
skenario 1 dan 2. Pada skenario ini beban muatan dihilangkan, tetapi diganti dengan beban impak akibat loading batubara ke dalam vessel. Perangkat lunak MSC Nastran 4.5 tidaklah mendukung simulasi pembebanan impak secara riil dan perangkat-perangkat lunak yang mendukung simulasi impak tidaklah
banyak yang cukup kompatibel dengan perangkat lunak MSC Nastran 4.5 ini. Oleh karena itu diambil solusi untuk mengadaPT.asikan beban impak ini ke dalam beban statis dengan metode impuls. Berdasarkan data yang diperoleh, dalam skenario ini batubara dijatuhkan dari ketinggian 3 m dari permukaan lantai vessel. Jika digabungkan dengan ketinggian truk yakni 3,33 m serta ketinggian vessel 1,994 m maka ketinggian jatuh batubara dari permukaan tanah adalah 4,336 m. Ketinggian jatuh batubara ini kemudian dimasukkan ke dalam variabel h. Data berikut yang dapat diperoleh adalah massa batubara yang mengenai lantai vessel. Dari total massa batubara 42 ton diasumsikan hanya 20% dari total massa tersebut yang mengalami kontak dengan permukaan lantai vessel per satuan waktu. Sehingga total massa batubara yang mengalami kontak per satuan waktu adalah 8400 kg/s. Setelah data-data tersebut diperoleh maka langkah selanjutnya adalah menerapkan metode impuls untuk memperoleh besarnya gaya yang dialami oleh lantai vessel per satuan waktu. Oleh karena itu dimasukkan persamaan impuls yang diturunkan dari persamaan (2-16) sebagai berikut,
Dimana,
Sehingga,
(4-1) Dalam hal ini,
=9,22 m/s2 Dari hasil tersebut, nilai v1 kemudian dimasukkan ke dalam persamaan (4-1) sehingga diperoleh beban total pada vessel menjadi,
= 77.448 N
Setelah diperoleh nilai F secara keseluruhan maka perlu dicari nilai beban yang diterima oleh vessel per satuan nodal. Dikarenakan pada proses ini tidak keseluruhan lantai vessel terkena beban, maka analisa untuk skenario pembebanan ini dilakukan pada 3 daerah lokasi vessel yaitu bagian depan, tengah, dan belakang dari lantai vessel tersebut. Dengan setiap bagian yang terkena terdiri dari 369 buah nodal atau seluas daerah 1 x 1,5 m pada lantai vessel. Dari data tersebut nilai F todal dibagi dengan jumlah nodal di wiliayah tersebut untuk mensimulasikan distribusi beban yang merata sehingga dapat diperoleh beban yang diterima per nodal mencapai 209,88 N.
4.5
Pemodelan Tumpuan (Constraint) Pada perangkat lunak MSC Nastran pemodelan berikut yang perlu dilakukan adalah pemodelan
constraint atau tumpuan. Model geometri yang telah dibuat sebelum dianalisa harus didefinisikan terlebih dahulu tumpuan yang akan digunakan, karena jika pemodelan ini tidak dilakukan model geometri akan dianggap melayang di ruang hampa oleh komputer. Sehingga pemodelan tumpuan ini juga mengacu pada skenario-skenario pembebanan yang telah ditentukan terlebih dahulu. Selain itu untuk memudahkan dalam memberikan tumpuan dalam pembuatan model geometri vessel tersebut maka dibuatlah geometri tambahan yang digunakan sebagai rumah pin. Penambahan model geometri ini hanya berfungsi sebagai bantuan agar tumpuan dapat dengan mudah ditempatkan sesuai dengan kondisi operasional normalnya, sehingga tidak termasuk bagian dari vessel yang dianalisa. Oleh karena itu segala kegagalan yang mungkin terjadi pada wilayah tambahan ini akan diabaikan. •
Pemodelan tumpuan pada skenario pembebanan 1 dan 3 Pada pemodelan tumpuan pada skenario pembebanan 1 dan 3 diletakkan di setiap bagian rumah
pin yang telah dibuat. Hal ini dilakukan karena pada kondisi operasional vessel, rumah pin ini berfungsi agar vessel memiliki kemampuan untuk berotasi dalam satu sumbu. Oleh karena itu tipe tumpuan yang paling cocok untuk skenario ini adalah tipe tumpuan pinned. Pendefinisian tumpuan pada perangkat lunak MSC Nastran dapat dilakukan dengan memasukkan perintah Model>Constraint>Nodal. Setelah itu bagian yang akan dijadikan sebagai tumpuan dipilih. Detail tumpuan yang digunakan pada rumah-rumah pin bagian belakang dan bagian depan pada pemodelan geometri ini akan ditunjukkan pada Gambar 4.25 dan Gambar 4.26 secara berurutan.
Gambar 4.25 Detail Tumpuan pada rumah pin bagian belakang vessel
Gambar 4.26 Detail Tumpuan pada rumah pin bagian depan vessel •
Pemodelan tumpuan pada skenario pembebanan 2 Sedangkan pemodelan tumpuan pada skenario pembebanan 2 pada dasarnya memiliki tipe
tumpuan yang sama dengan skenario pembebanan 1 dan 3. Hanya pada skenario pembebanan 2 terdapat penambahan pada bagian bawah badan vessel sepanjang daerah yang terkena kontak dengan chasis truk. Penambahan ini dilakukan untuk mensimulasikan kondisi truk yang sedang bergerak. Karena pergerakan yang dialami truk, maka kondisi vessel diasumsikan menempel dengan erat ke chasis truk. Ini berbeda dengan yang terjadi pada skenario pembebanan 1 dan 3 dimana truk berada dalam kondisi stasioner. Ilustrasi detail mengenai tambahan tumpuan pada skenario 2 dapat terlihat pada Gambar 4.27 berikut.
Gambar 4.27 Detail tumpuan tambahan pada skenario pembebanan 2
4.6
Validasi Model Geometri Dalam pembuatan model geometri dengan menggunakan perangkat lunak MSC Nastran 4.5,
validasi model merupakan tahap penting untuk mengecek apakah model yang telah dibuat dapat diguanakan atau tidak. Pada dasarnya validasi model dilakukan dengan melakukan pengujian langsung terhadap benda yang akan dianalisa dengan menggunakan perangkat lunak tersebut. Tetapi pada penelitian ini pengujian langsung dengan menggunakan vessel TV35
tidaklah dapat dilakukan
dikarenakan pada dasarnya TV35 masih merupakan produk prototipe yang belum diproduksi secara massal. Selain itu dimensi yang cukup besar juga menyulitkan dilakukannya pengujian secara langsung. Oleh karena itu satu-satunya cara yang dapat dilakukan untuk memastikan model yang telah dibuat dapat digunakan untuk menganalisa adalah dengan mengecek gaya reaksi tumpuan model geometri yang telah dibuat. Hal pertama yang perlu diketahui adalah massa total model geometri yang telah dibuat. Informasi ini dapat diketahui dengan menggunakan perintah Tools>Mass Properties>Mesh Properties. Setelah memilih seluruh geometri maka pada kotak informasi akan muncul massa total dari model geometri yang telah dibuat seperti terlihat pada Gambar 4.28 sebagai berikut.
Gambar 4.28 Tampilan pada kotak informasi untuk mengecek Mesh Properties
Dari kotak informasi tersebut diperoleh bahwa massa total dari model geometri adalah 3,937894 ton. Massa ini memiliki selisih 1 ton dari massa kosong sebenarnya vessel TV35 , hal ini dapat disebut wajar karena model geometri tidak memodelkan keseluruhan komponen yang dimiliki vessel tetapi hanya komponen-komponen yang dianggap perlu dan penting saja yang dimodelkan. Setelah massa total model geometri diketahui maka langkah selanjutnya adalah mengecek gaya reaksi tumpuan model geometri tersebut. Pada dasarnya prinsip dari validasi ini adalah mengecek apakah beban yang dimiliki oleh model geometri vessel sama dengan gaya-gaya reaksi yang bekerja pada tumpuan yang telah ditentukan. Oleh karena itu untuk memudahkan pengecekan digunakan model geometri yang belum diberikan beban dan tumpuan apapun. Konfigurasi ini digunakan agar total gaya reaksi sama dengan massa kosong model geometri vessel. Kemudian tumpuan diberikan di setiap rumah pin yang telah dibuat sehingga terdapat 2 titik tumpuan pada bagian depan serta 4 titik tumpuan pada bagian belakang. Setelah semua konfigurasi diterapkan, analisa pada model geometri dijalankan. Pada hasil output dapat dicek bagaimana gaya reaksi tumpuan dengan membuka kotak dialog output set dengan menekan tombol F5, kemudian hasil reaksi tumpuan dapat dicek pada pengaturan constraint force. Hasil dari gaya reaksi tumpuan tersebut telah dirangkum pada Tabel 4.1 sebagai berikut. Tabel 4.1 Hasil gaya reaksi di setiap tumpuan Lokasi Tumpuan
Gaya Reaksi (N)
Bagian depan T1
13290,872
T2
13290,872
Bagian Belakang T1
-1100,483
T2
-1100,483
T3
7207,256
T4
7207,256
Total Gaya Reaksi
38795,290
Dengan menggunakan asumsi percepatan gravitasi 9,81 m/s2 maka dapat diperoleh total gaya reaksi tumpuan menjadi 3.954,667 kg atau 3,955 ton. Hasil ini sangat mendekati dengan massa total model geometri yang telah dihitung sebelumnya yakni 3,938 ton. Oleh karena itu model geometri ini dapat dikatakan sebagai model yang cukup valid dan dapat digunakan untuk keperluan analisa.
