Analisa Kekuatan Struktur antara Deck dan Lambung Bagian ... · Δ = bouyancy per satuan panjang...

9
Jurnal Tugas Akhir 1 Analisa Kekuatan Struktur antara Deck dan Lambung Bagian Dalam Kapal 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 dalam rangka memajukan ilmu pengetahuan dan teknologi. Kapal patroli katamaran memiliki dua kapal patroli kecil di deck. Tujuan tugas akhir ini membuktikan bahwa tegangan yang dihasilkan oleh kapal ini saat terkena beban gelombang dengan variasi arah gelombang 0 O , 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. Selanjutnya untuk mengetahui tegangan Von Mises maksimum yang terjadi dilakukan analisa dengan menggunakan Metode Elemen Hingga (MEH). Didapatkan untuk kondisi sarat muat penuh, kapal mengalami gerakan Heave Pitch couple dengan sudut arah gelombang 0 O (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 2 dianalisa dan mendapatkan tegangan maksimum untuk kekuatan melintang sebesar 79,8 MPa dan untuk kekuatan memanjang sebesar 253 MPa. Dari hasil analisa tegangan untuk kekuatan melintang dan memanjang memenuhi standar ABS dan BKI. Kata kunci : Kekuatan Struktur, Katamaran, MEH, Von Mises. 1. PENDAHULUAN Kemajuan perkembangan sarana transportasi laut memberikan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, sehingga muncul beberapa inovasi inovasi. Salah satu antara lain mendesain kapal dengan multi hull, misalnya kapal berlambung dua (katamaran). Secara prinsip kapal dibangun dengan tujuan mengangkut manusia dan barang untuk melakukan suatu operasi di tengah laut. Agar memenuhi tujuan tersebut suatu kapal harus memenuhi beberapa katakteristik dasar, yaitu mengapung dalam posisi tegak lurus, bergerak dengan kecepatan sesuai rancangan awal, cukup kuat untuk menahan beban yang dialami akibat cuaca yang buruk, dan mampu berjalan pada suatu lintasan lurus serta manoeuver di laut lepas seperti halnya dalam perairan terbatas. Kapal dengan jenis katamaran yang dibahas pada tugas akhir ini adalah kapal patroli katamaran. Fungsi yang ada pada kapal patrol katamaran ini selain sebagai kapal patrol juga berfungsi untuk mobilisasi kapal patroli kecil. Di atas kapal patroli katamaran, terdapat dua kapal patroli kecil. Kapal patroli katamaran dengan kapal patrol kecil memiliki hubungan yang saling menguntungkan. Kapal patroli katamaran tidak dapat melewati sungai kecil yang memiliki lebar sempit. Sedangkan kapal patroli kecil memerlukan alat transportasi untuk dapat melewati seluruh perairan Indonesia. Kapal patroli kecil memang tidak didesain untuk menghadapi gelombang besar, yang biasanya terdapat pada perairan antar pulau. Pembebanan gelombang yang digunakan merupakan gelombang regular dengan mengambil moda gerak kebebasan yang digabungkan.Dimana moda gerak kebebasan yang dibahas adalah gerakan yang paling dominan untuk studi kasus ini, yaitu heaving dan pitching. Untuk gerakan heaving dan pitching dapat digabungkan menjadi satu gerakan couple, biasa disebut couple heave- pitch. Dalam Bhattacharyya (1978), disebutkan bahwa khusus untuk katamaran atau kapal tipe multi hull, kombinasi antar gaya hidrostatis dan hidrodinamis akan menyebabkan bending moment yang signifikan pada penampang transversal. Dalam tugas akhir ini kajian yang akan dilakukan adalah pengaruh gerakan katamaran yang ditimbulkan gelombang terhadap struktur pada daerah pembebanan tertentu khususnya konstruksi hubungan antara deck dan lambung bagian dalam secara melintang. Struktur daerah center line yang khususnya konstruksi yang menghubungkan antara deck dengan struktur dalam lambung merupakan bagian struktur yang sangat rentan terhadap terjangan gelombang. Studi kasus pada tugas akhir ini mengambil kapal patroli katamaran ini dalam perencanaan dengan data-data principal dimension dan General Arrangement yang

Transcript of Analisa Kekuatan Struktur antara Deck dan Lambung Bagian ... · Δ = bouyancy per satuan panjang...

Page 1: Analisa Kekuatan Struktur antara Deck dan Lambung Bagian ... · Δ = bouyancy per satuan panjang [ton/m] dan beban gaya geser f(x) ... ksi. Jurnal Tugas Akhir 4 Jadi harus ditentukan

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

Page 2: Analisa Kekuatan Struktur antara Deck dan Lambung Bagian ... · Δ = bouyancy per satuan panjang [ton/m] dan beban gaya geser f(x) ... ksi. Jurnal Tugas Akhir 4 Jadi harus ditentukan

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 (ζrespon / ζgelombang).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:η = 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,

Page 3: Analisa Kekuatan Struktur antara Deck dan Lambung Bagian ... · Δ = bouyancy per satuan panjang [ton/m] dan beban gaya geser f(x) ... ksi. Jurnal Tugas Akhir 4 Jadi harus ditentukan

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.

Δ

Total Bouyancy = Δm(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 (ζrespon / ζgelombang). 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:η = 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

Δ

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

[ton]w = beban per satuan panjang [ton/m]Δ = bouyancy per satuan panjang [ton/m]dan beban gaya geser f(x) ini merupakan turunan kedua darimomen lengkung:

Sehingga dengan persamaan sebagai berikut, didapatkanShear force dan Moment bending.

Sehingga didapatkan V(x) = l.Σf(x)

Sehingga didapatkan M(x) = 1/2. l 2.f(x)

2.6. Bending Moment

Untuk Gelombang yang mengenai kapal dirumuskan:

Keterangan:M = Total Bending MomentMs = Bending moment pada still waterMw = Bending Moment pada kondisi bergelombang

Dimana :

= bending moment yangdihasilkanoleh profil gelombang.

= bending moment yang dihasilkan oleh gerak heaving.= bending moment yang dihasilkan oleh gerak pitching

2.7. Tegangan Von Mises

Untuk menghitung tegangan kita memakai persamaan :

MuatanMe

sinKonstruksi

Page 4: Analisa Kekuatan Struktur antara Deck dan Lambung Bagian ... · Δ = bouyancy per satuan panjang [ton/m] dan beban gaya geser f(x) ... ksi. Jurnal Tugas Akhir 4 Jadi harus ditentukan

Jurnal Tugas Akhir

4

Jadi harus ditentukan y yang merupakan jarak “titikberat bagian yang dihitung tegangannya” terhadap sumbunetral (garis mendatar yang melalui titik berat penampang),dan menghitung momen inersia penampang I(x).

Karena penampang melintang kapal mempunyai banyakbagian, maka menghitung momen inersianya tak dapatdihitung dengan memakai rumus dasar (I = 1/12 b.h3).

Penggabungan tegangan-tegangan utama pada suatuelement merupakan suatu cara untuk mengetahui nilaitegangan maksimum yang terjadi pada node tersebut. Salahsatu cara mendapatkan tegangan gabunnganadalah denganmenggunakan formula tegangan Von Mises (Ansys 11.0),

……(2.29)Atau,

……(2.30)Denganσ0 = tegangan utama yang bekerja pada sumbuσx = tegangan arah sumbu xσy = tegangan arah sumbu yσz = tegangan arah sumbu zσxy = tegangan arah sumbu xyσxz = tegangan arah sumbu xzσyz = tegangan arah sumbu yzσe = tegangan maksimumσ1 = tegangan utama 1σ2 = tegangan utama 2σ3 = tegangan utama 3

3. ANALISA3.1. Data

3.1.1. Data Kapal

Tabel 1 Data Basic designPrincipal Particular

Loa 37 mLpp 32.75 mB 12 mH 4 mT 1.95 m

Vmax; Vs 20 ; 17 knot

Personil30 crew

4 prisoner

3.1.2. Data Gelombang

Tabel 2 Data GelombangItem 00 900 1800

Hs (m) 1.7 1.3 1.1Tp (sec) 6.3 5.6 4.9

Data Gelombang yang digunakan adalah datagelombang pada perairan wilayah timur, yaitu SelatMakasar.

3.1.3. Data Hidrostatik

Tabel 3 Data HidrostatikDraft A Midship (m) 1.6 1.95Displacement (tonne) 155.2 225.3

KB 1.075 1.294CB 0.422 0.458

Data diatas dapat diketahui pada kondisi sarat muatpenuh yang diharapkan 1.95 meter yaitu 225.3 ton.

3.1.4. Data Material

Material yang akan digunakan untuk kapal patrolkatamaran ini menggunakan material dengan tipe AH-36.Material dengan tipe AH-36 memiliki Tensile Strength 490-620 N/mm2, Yield Point Min. 355 N/mm2 dan Elongationmin. 21%.

Dari data material, BKI telah menggunakan standaruntuk yield strength sebesar 253 N/mm2 . Perbandingandengan data material diatas adalah 0.7 dari ABS.

3.2. Pemodelan3.2.1. Permodelan dengan Maxsurf

Permodelan kapal menggunakan software Maxsurf 9.6,permodelan ini bertujuan untuk mengetahui titik poin yangselanjutnya akan diubah ke software moses untukmendapatkan RAO dari kapal. Pembagian station pada kapalsebanyak 10 station.

Gambar 3 Permodelan Maxsurf

Pada pembagian station tersebut diberi tambahan stationpembantu yaitu station 0.5, 8.5, 9.5, dan 9.75. Memiliki 8surface yaitu outer bottom, outer topside, tunnel radius,fwdbow, tunnel, inner bottom, outer bottom tengah dan innerbottom tengah.

3.2.2. Koreksi Dengan CAD

Page 5: Analisa Kekuatan Struktur antara Deck dan Lambung Bagian ... · Δ = bouyancy per satuan panjang [ton/m] dan beban gaya geser f(x) ... ksi. Jurnal Tugas Akhir 4 Jadi harus ditentukan

Jurnal Tugas Akhir

5

Gambar 4 Lines Plan yang telah dicek

Kelemahan pada maxsurf dengan surface lebih dari satuadalah tidak tepatnya titik point pada surface 1 dengansurface yang lain sehingga di butuhkan koreksi dengan Cad.Dari sini didapatkan Lines Plan untuk membuat model kapalkatamaran pada MOSES 7. Kemudian dirunning denganMOSES 6, sehingga didapatkan respon gelombang.

3.2.3. Permodelan Dengan MOSES7

Gambar 5 Model moses

Langkah selanjutnya adalah merunning model padaMOSES 7. Untuk mendapatkan RAO di MOSES 6.

3.2.4. RAO

Gambar 6 RAO Heave

Sehingga didapatkan nilai karakteristik gelombang sebagaiberikut.

Tabel 4 Statistik gerakan Heave untuk kecepatan 17 knot

Gambar 7 RAO Pitch

Terlihat perbedaan pada RAO kondisi Muat penuh danmuat kosong. Dijelaskan pada table di bawah ini.

Tabel 5 Statistik gerakan Pitch untuk kecepatan 17 knot

3.2.5. Penyebaran Berat Kapal Katamaran

Untuk kondisi berat kapal dibagi menjadi dua bagian LWT(Light Weight Ton) dan DWT (Dead Weight Ton).Perhitungan dilakukan dalam dua kondisi yaitu Full Load(muatan penuh) dan Light Load (muatan 10%).

Tabel 6 Tabulasi Penyebaran Berat untuk Muatan Penuh

Penyebaran berat untuk muatan penuh dapat dilihat padagambar di bawah ini.

Gambar 8 Grafik Penyebaran Muatan Penuh

Dari grafik di atas dapat dilihat distribusi muatan yangterjadi. Pada grafik berwarna 2 biru tua memperlihatkanLWT dari kapal serta biru muda merupakan DWT danmuatan kapal.

Page 6: Analisa Kekuatan Struktur antara Deck dan Lambung Bagian ... · Δ = bouyancy per satuan panjang [ton/m] dan beban gaya geser f(x) ... ksi. Jurnal Tugas Akhir 4 Jadi harus ditentukan

Jurnal Tugas Akhir

6

Tabel 7 Tabulasi Penyebaran Berat untuk Muatan 10%

Penyebaran berat untuk muatan 10% dapat dilihat padagambar di bawah ini.

Gambar 9 Grafik Penyebaran Muatan 10%

Kemudian diperhitungkan gaya keatas dan pembebananuntuk muatan penuh maupun muatan 10% akan digunakanuntuk pembebanan pada model struktur di ANSYS.

3.2.6. Penyebaran Momen Bending dan GayaGeser pada Kondisi Air Tenang

Pada kondisi air tenang didapatkan grafik dari hasilperhitungan dengan menggunakan rumus pada BKI danBathacarya.

Gambar 10 Gaya geser dan momen bending pada kondisimuatan penuh kondisi still water

Gambar 11 Gaya geser dan momen bending pada kondisimuatan penuh kondisi still water

Pada kedua gambar diatas. Grafik biru muda merupakanmomen yang terjadi, sedangkan warna ungu merupakangaya lintang atau gaya geser.

Berdasarkan gambar grafik diatas ditabulasikan pada tabel.

Tabel 9 Gaya geser dan momen bending padakondisi still water

3.2.7. Analisa Bending Moment Pada Kondisi GelombangRegular Akibat kopel heaving-pitching

Untuk mengetahui momen total (MT) perlu untukmemperhitungkan momen akibat gelombang.

Gambar 12 Gaya Geser pada Gelombang reguar Heaving-Pitching couple

Gambar 13 Moment pada Gelombang reguar Heaving-Pitching couple

Page 7: Analisa Kekuatan Struktur antara Deck dan Lambung Bagian ... · Δ = bouyancy per satuan panjang [ton/m] dan beban gaya geser f(x) ... ksi. Jurnal Tugas Akhir 4 Jadi harus ditentukan

Jurnal Tugas Akhir

7

1

X

Y

Z

OCT 24 201023:48:02

ELEMENTS

UROTFMNFORNMOMRFORRMOMACEL

1

MN

MX

X

YZ

0.886E+07

.177E+08.266E+08

.355E+08.443E+08

.532E+08.620E+08

.709E+08.798E+08

OCT 24 201022:20:24

NODAL SOLUTION

STEP=1SUB =1TIME=1SEQV (AVG)DMX =.011494SMX =.798E+08

1

X

Y

Z

OCT 24 201016:46:36

ELEMENTS

ACEL

Pada Gambar diatas dapat dilihat warna biru tua adalahmuatan penuh arah 0, merah adalah muatan penuh arah 90,hijau adalah muatan penuh arah 180, warna ungu merupakanmuatan 10% arah 0, biru muda merupakan muatan kosongarah 90, orange merupakan muatan kosong arah 180.

Dari 2 grafik diatas dapat disimpulkan bahwa momenterbesar terjadi pada satu daerah, yaitu station 2. Untuk lebihjelasnya.dalam tabel di tabulasikan seperti berikut:

Tabel 10 Moment dan Gaya Geser Maksimal akibat Couple

Didapatkan dari tabel moment yang paling besar adalahpada station 2.

3.2.8. Permodelan Dengan Ansys Multyphysic

Setelah mengetahui hasil dari perhitungn untuk mencariarea kritis, langkah selanjutnya adalah memodelkan criticalarea tersebut ke ANSYS. Tujuan permodelan tersebut untukmenganalisa tegangan lokal pada station yang terjadi.

Gambar 14 Permodelan untuk Station 2

3.2.8. Pembebanan modelTahap selanjutnya adalah pemberian bebanBeban-beban yang diberikan antara lain.

Tabel 11 Pembebanan pada ANSYS

Pembebanan untuk Kekuatan Melintang

Pembebanan untuk Kekuatan Memanjang

Pada pembebanan pertama yang ditinjau adalah reaksistruktur terhadap arah transversal. Dengan constrain padabagian plat yang menghubungkan antar deck, denganpembebanan gaya buoyancy dan beban kapal kecil. Berikutilustrasi pembebanan.

Gambar 15 Pembebanan untuk Kekuatan Melintang

Gambar 16 Pembebanan untuk Kekuatan Memanjang

Sehingga didapatkan countour untuk pembebanan untukkekuatan melintang dan memanjang sebagai berikut.

Gambar 17 Daerah Stress untuk Kekuatan Melintang

Dari hasil running ANSYS didapatkan nilai stressmaksimum untuk kekuatan melintang sebesar 0.798 e+8.

1

X

Y

Z

OCT 24 201022:02:13

ELEMENTS

UROTFNFORNMOMRFORRMOMACEL

Page 8: Analisa Kekuatan Struktur antara Deck dan Lambung Bagian ... · Δ = bouyancy per satuan panjang [ton/m] dan beban gaya geser f(x) ... ksi. Jurnal Tugas Akhir 4 Jadi harus ditentukan

Jurnal Tugas Akhir

8

1

MN

MX

X

Y

Z

4253.281E+08

.562E+08.844E+08

.112E+09.141E+09

.169E+09.197E+09

.225E+09.253E+09

OCT 25 201000:06:24

NODAL SOLUTION

STEP=1SUB =1TIME=1SEQV (AVG)DMX =.001374SMN =4253SMX =.253E+09

1

MX

4253.281E+08

.562E+08.844E+08

.112E+09.141E+09

.169E+09.197E+09

.225E+09.253E+09

OCT 25 201000:06:47

NODAL SOLUTION

STEP=1SUB =1TIME=1SEQV (AVG)DMX =.001374SMN =4253SMX =.253E+09

Gambar 18 Daerah Stress untuk Kekuatan Memanjang

Dari hasil running ANSYS didapatkan nilai stressmaksimum untuk kekuatan memanjang sebesar 0.253 e+9.

3.2.9. Sensitivity Analysis

Sensitivity analysis dihitung sebagai validasi untukmengetahui proses pengerjaan model kita benar atauminimal mendekati nilai kebenaran.

Tabel 12 Tabulasi Perbandingan sensitivity analysisKekuatan Melintang

Didapatkan grafik sebagai berikut

Gambar 19 Sensitivity analysis untuk Kekuatan Melintang

Tabel 13 Tabulasi Perbandingan sensitivity analysisKekuatan Memanjang

Didapatkan grafik sebagai berikut

Gambar 20 Sensitivity analysis untuk Kekuatan Memanjang

Sehingga dari tabel dan grafik diatas diambil nilai stresspaling besar dengan jarak meshing 0.3 m.

3.2.10. Analisa Yield Strength

Dengan nilai stress maksimum yang telah didapatkan,kemudian dichek dengan menggunakan standar BKI danABS. Standar nilai maksimum dari BKI sebesar 253 MPa,sedangkan dari ABS sebesar 337,25 MPa. Sehingga dapatdilihat pada tabel sebagai berikut.

Tabel 14 Chek Yield Strength

Keterangan: √ = MemenuhiX = Tidak Memenuhi

Untuk kekuatan struktur secara longitudinal belummemenuhi. Sehingga perlu ditelaah lagi.

4. KESIMPULAN DAN SARAN4.1. KESIMPULAN

Hasil analisa yang telah dilakukan untuk kekuatanmelintang dan memanjang dapat disimpulkan :

1. Untuk kondisi muatan 100% (Full Load), kapalmengalami gerakan kapal Heave – Pitch Coupledengan sudut arah gelombang terhadap kapal 0O

(head seas), diperoleh Moment Bending terbesarsebesar -245657.05 ton.m pada station 2 denganGaya Geser sebesar -43530.34 ton.

Page 9: Analisa Kekuatan Struktur antara Deck dan Lambung Bagian ... · Δ = bouyancy per satuan panjang [ton/m] dan beban gaya geser f(x) ... ksi. Jurnal Tugas Akhir 4 Jadi harus ditentukan

Jurnal Tugas Akhir

9

2. Untuk kondisi muatan 100% (Full Load), kapalmengalami gerakan kapal Heave – Pitch Coupledengan sudut arah gelombang terhadap kapal 0O

(head seas), diperoleh Moment Bending terbesarpada station 2, sehingga terjadi teganganmaksimum σmax = 79.8 MPa untuk kekuatanmelintang kapal sedangkan untuk kekuatanmemanjang kapal didapatkan tegangan maksimumσmax = 253 MPa berarti struktur tersebut memenuhitegangan ijin dari ketentuan ABS yaitu 337.25 MPadan BKI adalah 253 MPa.

4.2. SARAN

Saran yang dapat diberikan pada kajian tugas akhir iniadalah :

1. Daerah paling kritis pada kondisi heaving pitchingcouple adalah pada muatan penuh adalah deck atasdengan braket dibawahnya. Untuk kekuatantransversalnya yang kritis adalah lambung yangdekat dengan deck. Bagian-bagian tersebut perluperhatian khusus.

2. Untuk kajian tugas akhir selanjutnya. Perlu untukmemodelkan bracket, dan penambahan strukturpada bagian kritis sehingga dapat memenuhicriteria yang di ijinkan dari BKI.

5. DAFTAR PUSTAKAABS. 2003. Dynamic Load Approach and DirectAnalysis for High Speed Craft. USAABS. 2006.material properties for ship structure.Rulesfor Testing and Certification of Material, USAANSYS Inc.2007. Material Properties for shel89 andbeam 189. Help for Ansys 2011Bathacarya Rameswar. 1978. Dynamic of MarineVehicles. Maryland.John Wiley&sons, Inc.BKI. 2006. Rules for the Clasification andConstructionof Seagoing Steel Ship Vol 2 Section 5 forlongitudinal strength.Chakrabarti S. K. 2005. Handbook of EngineeringVolume I. Offshore Structure Analysis Inc. Planfield,Illinois, USACitra Mas, PT. 2009. “General Arrangement of PatrolBoat Catamaran”. PT. Citra Mas. Surabaya.Citra Mas, PT. 2009. “Construction Profile of PatrolBoat Catamaran”. PT. Citra Mas. SurabayaDjatmiko, E. B. 2006. Analisis gelombang Acak.Pembinaan Dasar Engineering dan Inspector bangunanLepas Pantai Terpancang. BandungDjatmiko, E. B., 2003b, Seakeeping: PerilakuBangunan Apung diatas Gelombang. Jurusan TeknikKelautan ITS. Surabaya

Rosyid, D. M, Setyawan, D. 2000. Kekuatan StrukturKapal. Pradya Paramita. Jakarta.Ultra Marine, Inc. 2001. “Reference Manual forMOSES”