Analisa Kekuatan Struktur antara Deck dan Lambung Bagian ... · PDF fileΔ = bouyancy per...

Click here to load reader

  • date post

    19-Jul-2018
  • Category

    Documents

  • view

    216
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Analisa Kekuatan Struktur antara Deck dan Lambung Bagian ... · PDF fileΔ = bouyancy per...

  • Jurnal Tugas Akhir

    1

    Analisa Kekuatan Struktur antara Deck dan Lambung Bagian DalamKapal Katamaran

    Erwina Rizki Ilma (1), Handayanu (2), Mas Murtejo (3)

    (1)Mahasiswa Teknik Kelautan(2),(3)Staf Pengajar Teknik Kelautan

    ABSTRAK

    Kapal dengan desain katamaran (multi hull) merupakan inovasi untuk kemajuan sarana transportasi laut dalamrangka memajukan ilmu pengetahuan dan teknologi. Kapal patroli katamaran memiliki dua kapal patroli kecil dideck. Tujuan tugas akhir ini membuktikan bahwa tegangan yang dihasilkan oleh kapal ini saat terkena bebangelombang dengan variasi arah gelombang 0O, 90 O, dan 180 O, serta kondisi beban penuh dan kosong,memenuhi tegangan ijin standar ABS dan BKI. Kapal katamaran mempunyai kombinasi beban gaya hidrostatis,hidrodinamis (gelombang), beban penuh, dan beban kosong menyebabkan momen dan gaya geser. Selanjutnyauntuk mengetahui tegangan Von Mises maksimum yang terjadi dilakukan analisa dengan menggunakan MetodeElemen Hingga (MEH). Didapatkan untuk kondisi sarat muat penuh, kapal mengalami gerakan Heave Pitchcouple dengan sudut arah gelombang 0O (Head Seas), diperoleh Momen terbesar sebesar -245657,07 ton.m (-2409895,66 N.m) pada station 2 dengan gaya geser sebesar -43530,34 ton (-427032.64 N). Pada station 2dianalisa dan mendapatkan tegangan maksimum untuk kekuatan melintang sebesar 79,8 MPa dan untukkekuatan memanjang sebesar 253 MPa. Dari hasil analisa tegangan untuk kekuatan melintang dan memanjangmemenuhi standar ABS dan BKI.

    Kata kunci : Kekuatan Struktur, Katamaran, MEH, Von Mises.

    1. PENDAHULUANKemajuan perkembangan sarana transportasi laut

    memberikan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi,sehingga muncul beberapa inovasi inovasi. Salah satuantara lain mendesain kapal dengan multi hull, misalnyakapal berlambung dua (katamaran). Secara prinsip kapaldibangun dengan tujuan mengangkut manusia dan baranguntuk melakukan suatu operasi di tengah laut. Agarmemenuhi tujuan tersebut suatu kapal harus memenuhibeberapa katakteristik dasar, yaitu mengapung dalam posisitegak lurus, bergerak dengan kecepatan sesuai rancanganawal, cukup kuat untuk menahan beban yang dialami akibatcuaca yang buruk, dan mampu berjalan pada suatu lintasanlurus serta manoeuver di laut lepas seperti halnya dalamperairan terbatas.

    Kapal dengan jenis katamaran yang dibahas pada tugasakhir ini adalah kapal patroli katamaran. Fungsi yang adapada kapal patrol katamaran ini selain sebagai kapal patroljuga berfungsi untuk mobilisasi kapal patroli kecil. Di ataskapal patroli katamaran, terdapat dua kapal patroli kecil.Kapal patroli katamaran dengan kapal patrol kecil memilikihubungan yang saling menguntungkan. Kapal patrolikatamaran tidak dapat melewati sungai kecil yang memilikilebar sempit. Sedangkan kapal patroli kecil memerlukan alattransportasi untuk dapat melewati seluruh perairanIndonesia. Kapal patroli kecil memang tidak didesain untuk

    menghadapi gelombang besar, yang biasanya terdapat padaperairan antar pulau.

    Pembebanan gelombang yang digunakan merupakangelombang regular dengan mengambil moda gerakkebebasan yang digabungkan.Dimana moda gerakkebebasan yang dibahas adalah gerakan yang palingdominan untuk studi kasus ini, yaitu heaving dan pitching.Untuk gerakan heaving dan pitching dapat digabungkanmenjadi satu gerakan couple, biasa disebut couple heave-pitch.

    Dalam Bhattacharyya (1978), disebutkan bahwa khususuntuk katamaran atau kapal tipe multi hull, kombinasi antargaya hidrostatis dan hidrodinamis akan menyebabkanbending moment yang signifikan pada penampangtransversal. Dalam tugas akhir ini kajian yang akandilakukan adalah pengaruh gerakan katamaran yangditimbulkan gelombang terhadap struktur pada daerahpembebanan tertentu khususnya konstruksi hubungan antaradeck dan lambung bagian dalam secara melintang. Strukturdaerah center line yang khususnya konstruksi yangmenghubungkan antara deck dengan struktur dalam lambungmerupakan bagian struktur yang sangat rentan terhadapterjangan gelombang.

    Studi kasus pada tugas akhir ini mengambil kapalpatroli katamaran ini dalam perencanaan dengan data-dataprincipal dimension dan General Arrangement yang

  • Jurnal Tugas Akhir

    2

    diperoleh dari basic design PT. Citra Mas (2009), sebagaiberikut:Loa = 37 mLpp = 32.75 mLebar kapal = 12 mTinggi kapal = 4 mSarat kapal = 1.95 mKec. Maksimal; Dinas = 22 ; 17 knotCrew = 30 orangTahanan (prisoner) = 4 orang

    Dengan gambar General Arrangement sebagai berikut.

    Gambar 1 General Arrangement of Patrol Boat Catamaran(sumber: PT Citra Mas, 2009)

    Dengan menggunakan kondisi perairan Indonesia,perairan diambil yang adalah wilayah perairan timur, yaituselat Makassar. Kondisi perairan yang digunakan didapatkandari tiga arah datang gelombang, yaitu arah head seas (0O),beam seas (90O) dan following seas (180O). Permodelannyamenggunakan konstruksi peraturan, atau class yangdigunakan adalah Biro Klasifikasi Indonesia (BKI) denganvariasi kecepatan, arah gelombang serta gerakan heavingdan pitching.

    2. DASAR TEORI

    2.1. Gerakan Heaving Pitching Couple

    Dasar utama dari persamaan gerak yang digunakanadalah respon frekuensi linier terhadap eksitasi harmonik.Eksitasi yang dimaksud adalah gangguan yang disebabkanoleh gaya gelombang, sedangkan gaya pengembali berupagaya inersia akibat adanya massa bentuk dan massahidrodinamika (added mass), gaya damping wavemaking,dan gaya pengembali akibat adanya bouyancy. Dengan katalain gerakan heaving-pitching couple merupakan gerakangabungan dari tiap gerakan yaitu heaving dan pitching.

    Persamaan umum untuk gerakan Heaving.

    Persamaan umum untuk gerakan Pitching.

    Sehingga penyelesaian persamaan gerak kopel untukkapal menurut bathacarya adalah sebagai berikut :

    Dimana :

    Dengan asumsi bahwa , maka

    Jika (dengan kata lain momen masa totalterhadap CG bernilai 0), maka:

    Dengan

    Dimana, = Massa kapal (ton)= Massa tambah kapal (ton)

    a = Koefisien inertial force= Kofisien damping force= Koefisien restoring force= Koefisien inertial moment= Kofisien damping moment= Koefisien restoring moment

    2.2. Response Amplitude Operators (RAO)

    RAO didefinisikan sebagai hubungan antara amplitudorespon terhadap amplitude gelombang. Dapat dinyatakandengan bentuk matematis yaitu (respon / gelombang).RAO juga disebut sebagai Transfer Function karena RAOmerupakan alat untuk mentransfer beban luar (gelombang)dalam bentuk respon pada suatu struktur (Chakrabarty,1987). Bentuk umum dari persamaan RAO dalam fungsifrekuensi adalah sebagai berikut :

    dengan: = amplitude gelombang, m

    2.3. Distribusi Pembebanan Muatan dan GayaKeatas

    Dalam perhitungan bending moment memanjang kapalialah menentukan penyebaran momen memanjang kapal dangaya berat sepanjang kapal. Distribusi berat ini merupakansebagian pembebanan yang akan menimbulkan bendingmoment, adalah hasil penjumlahan dan penyebaran beratkapal kosong dengan berat muatan, perbekalan, crew,

  • Jurnal Tugas Akhir

    3

    penumpang, persediaan bahan bakar, minyak pelumas, airtawar, dan lain sebagainya. Dengan kata lain, hal inimerupakan berat total pada saat kapal berlayar

    Gambar 2. Ilustrasi Distribusi gaya berat

    Penyebaran berat kapal dihitung berdasarkan sistemkonstruksi dan tipe kapal yang akan dibangun. Secara grafis,distribusi berat kapal beserta segala macam muatan yangdiangkut adalah w(x). Karena berat muatan merupakanbagian terbesar dari kumpulan berat yang ada pada kapal,maka penyusunan muatan sangat berpengaruh terhadapsistem pembebanan pada kapal.

    Gaya tekan keatas merupakan reaksi massa air terhadapkapal, yaitu displacement. Dimana harga displacementtersebut sama dengan massa total kapal, demikian jugaresultan gaya tekan keatas tersebut harus tepat satu garisvertikal dengan resultan gaya berat.

    Seperti diketahui bahwa displacement kapal dapatdiperoleh dari integrasi ke arah memanjang dari massa-massa air sepanjang kapal.

    Total Bouyancy = m(x) = massa bagian air ( kg/m )g = grafitasi ( m/dt2 )

    dan dengan massa tiap bagian adalah :

    m(x) = .A(x)maka, distribusi gaya tekan keatas per satuanpanjang adalah :

    b(x) = .g.A(x)dengan : = massa jenis air (biasanya termasuk koreksi

    untuk tebal kulit =1,025 ton/m3).A(x) = luas station pada potongan sejauh x dari

    AP (m2).

    2.4. Respon Amplitude Operation (RAO)

    Metode spektra merupakan cara untuk mengetahui suaturespon struktur akibat beban gelombang reguler dalam tiap-tiap frekuensi. Response Amplitude Operator (RAO) atausering disebut sebagai Transfer Function adalah fungsirespon yang terjadi akibat gelombang dalam rentangfrekuensi yang mengenai struktur offshore. RAO dapat jugadidefinisikan sebagai hubungan antara amplitudo responterhadap amplitude gelombang. Dapat dinyatakan denganbentuk matematis yaitu (respon / gelombang). Amplitudorespon bisa berupa gerakan, tegangan, maupun getaran.

    RAO juga disebut sebagai Transfer Function karena RAOmerupakan alat untuk mentransfer beban luar (gelombang)dalam bentuk respon pada suatu struktur (Chakrabarty,1987). Bentuk umum dari persamaan RAO dalam fungsifrekuensi adalah sebagai berikut :

    dengan: = amplitude gelombang, m

    2.5. Shear Force

    Pada kapal aspek yang harus diperhitungkan adalahlongitudinal strength (kekuatan memanjang kapal).Kekuatan kapal ini berhubungan pada kemampuan strukturkapal untuk bertahan oleh beban yang ditimbulkannya, baikberupa beban internal maupun eksternal, yang diperkirakanoleh adanya pengaruh tekanan memanjang pada lambungkapal. Parameter lainnya adalah shear stress.

    Jika lengkung diagram gaya berat kita kurangi denganlengkung diagram gaya tekan keatas, akan diperolehlengkung penyebaran beban sepanjang kapal

    Keterangan :V(x) = gaya geser pada sumbu x dari haluan (atau buritan)

    [ton]w = beban per satuan panjang [ton/m] = bouyancy