BAB 4 PENGGUNAAN PROGRAM NSRDC SHIP MOTION AND SEA LOAD

Transkripsi

1 BAB 4 PENGGUNAAN PROGRAM NSRDC SHIP MOTION AND SEA LOAD 4.1 PENJELASAN UMUM PROGRAM Program Naval Ship Research and Development Center (NSRDC) Ship Motion and Sea Load merupakan program yang dibuat untuk keperluan analisa kapal dan struktur terapung. Program ini dapat menghitung pergerakan kapal dengan 6 derajat kebebasan, gaya pada struktur yang ditimbulkan gelombang dan distribusi tekanan untuk kapal yang bergerak maju dengan kecepatan konstan pada gelombang regular. Program ini dibuat berdasarkan pada teori yang dibuat oleh Salvesen, Tuck dan Faltinsen dimana teori tersebut menjelaskan mengenai gerakan dan gaya dinamik dalam 6 derajat kebebasan untuk kapal yang bergerak maju dengan kecepatan yang konstan pada gelombang regular. Secara khusus program ini digunakan untuk menghitung amplitudo dan fasa dari gerakan surge, sway, heave, roll, pitch dan roll. Selain itu program ini juga dapat digunakan untuk menghitung gaya vertikal dan horizontal, momen bending dan momen torsi. Gaya gaya tersebut bisa dilihat pada gambar 4.1 berikut ini: Dimana Gambar 4. 1 Perjanjian tanda untuk masing masing komponen gaya gelombang dinamik. v 1 : gaya kompresi v 4 : momen torsi v 2 : gaya horizontal v 5 : momen beeding vertikal v 3 : gaya vertikal v 6 : momen bending horizontal Untuk mendapatkan gaya gaya tersebut dilakukan perhitungan tekanan hidrodinamik yang terjadi akibat pergerakan kapal dan juga akibat gelombang pada beberapa titik yang terdapat Laporan Tugas Akhir Respon Dinamik Struktur Terapung 4 1

2 dilambung kapal (bagian yang terendam air). Program ini hanya dapat digunakan untuk pemodelan gerakan kapal pada gelombang regular yang sinusoidal. Terdapat beberapa asumsi dan batasan yang digunakan dalam program ini antara lain adalah: Teori yang digunakan dapat dilinierisasi dengan diasumsikan bahwa kapal memiliki displacement yang kecil dari posisi equilibrium, selain itu gelombang datang dan gelombang yang terjadi akibat gerakan kapal sangat kecil. Tidak ada pengaruh dari kekentalan fluida. Panjang kapal diasumsikan jauh lebih panjang dari lebar dan draft kapal, agar setiap potongan dapat dianggap sebagai potongan 2 dimensi yang tidak berinteraksi dengan potongan lain. 4.2 ORGANISASI DAN STRUKTUR DARI PROGRAM Program NSRDC Ship Motion and Sea Load terdiri dari program utama dan 30 subprogram. Dimana program utama dan subprogramnya dibuat dengan menggunakan bahasa pemrograman FORTRAN IV. Secara garis besar program ini terbagi dalam 4 bagian yakni: Bagian utama yang terdiri dari program utama yang bernama HANSEL dan 4 subprogram yaitu SKIP, SEPART, SIMPUN dan MATINS. Bagian pertama terdiri dari program eksekutif yang bernama PRO1, dan 2 subprogram yakni PRGM1 dan PRINT1. Bagian kedua terdiri dari program eksekutif yang bernama PRO2 dan 6 subprogram yakni SPRG1,SPRG2, PQRT, FINV, KERN, DAVID. Bagian ketiga terdiri dari program ekskutif yang bernama PRO3 dan 15 subprogram yakni SPRG4, SPRG5, LOADS, EXCFM, MOTOUT, LODOUT, RCTABL, TANAKA, BILGEK, ENDSEP, HYDPRE, PREST, VISC, ATAN2D dan BMAX. Gambar 4.2 menjelaskan organisasi dari program utama dan subprogram di atas. Pada gambar tersebut terdapat garis yang penghubung yang menandakan hubungan antara program dan subprogram dimana program utama akan memanggil subprogram dan subprogram akan mengembalikan hasil perhitungannya ke program utama. Pada gambar tersebut terdapat tanda superscript yang berarti bahwa subprogram tersebut dipanggil lebih dari satu kali. Sedangkan nomor yang muncul tanpa nama program menjelaskan pemanggilan subprogram yang bernomor sama. Laporan Tugas Akhir Respon Dinamik Struktur Terapung 4 2

3 LINK 0 HANSEL SKIP SEPART 1 SIMPUN 2 MATINS 3 LINK 1 LINK 2 LINK 3 PRO 1 PRO 2 PRO 3 PRGM 1 PQRT SPRG 1 SPRG 2 SPRG 4 SPRG PREST TANAKA PRINT 1 FINV KERN 1 2 BMAX 4 VISC BILGEK ENDSEP 1 DAVID 3 3 HYDPRE LOADS 4 1 EXCFM MOTOUT 5 ATAN2D 5 1 LODOUT 5 1 RCTABL Gambar 4. 2 Bagan organisasi dari program NSRDC Ship Motion and Sea Load. 4.3 INPUT PROGRAM Input untuk program ini terdiri 4 bagian utama yaitu: Input geometri dari kapal. Input Massa dan distribusinya. Input viscous roll damping. Input kondisi perairan. Pada input geometri kapal akan dimasukan data geometri dari kapal yang terbagi dalam 21 bagian dari kapal dengan forward perpendicular (F.P) sebagai stasiun 0.0 dan aft perpendicular sebagai stasiun Program ini dapat membaca jumlah geometri kapal kurang dari 24 bagian. Masing masing bagian memiliki panjang potongan yang sama sehingga diperoleh jarak yang sama antar stasiun. Setiap stasiun memiliki potongan melintang yang sama (simetri), dimana potongan melintang tersebut dapat digambarkan oleh 8 offset point per stasiun. Jumlah offset point untuk masing masing stasiun harus sama, yakni kurang dari 10 buah offset point. Berikut ini adalah contoh penggunaan offset point dalam menggambar satu stasiun. Laporan Tugas Akhir Respon Dinamik Struktur Terapung 4 3

4 Gambar 4. 3 Offset point yang menggambarkan bagian kapal yang tenggelam. Data distribusi massa untuk masing masing stasiun di perlukan jika perhitungan yang dilakukan membutuhkan hasil keluaran berupa data gerakan kapal beserta data gaya gaya yang bekerja pada kapala. Namun jika hasil keluaran yang dibutuhkan hanya dat gerakan kapal saja maka data input yang dibutuhkan hanya data massa total dari kapal saja. Berikut ini adalah contoh gambaran distribusi massa dari kapal per stasiun. Gambar 4. 4 Kurva distribusi massa untuk setiap stasiun. Data input viscous roll damping tidak dibtuhkan apabila data keluaran dibutuhkan hanya data gerakan kapal dalam arah surge, heave, pitch atau data gaya yang bekerja arah vertikal dan vertikal bending momen. Laporan Tugas Akhir Respon Dinamik Struktur Terapung 4 4

5 Data kondisi perairan dibutuhkan untuk menghitung RAO dari kapal, data data tersebut terdiri dari data kecepatan kapal, kecuraman gelombang, particular heading. RAO yang didapat merupakan fungsi dari frekuensi gelombang. Selain itu data data lainnya yang dibtuhkan adalah heading angle, bilangan Foude, perbandingan antara panjang gelombang dengan tinggi gelombang, perbandingan antara panjang gelombang dengan panjang perpendicular kapal. 4.4 OUTPUT PROGRAM Output dari program ini terdiri dari beberapa bagian yaitu: Bagian pertama berisi mengenai data geometri, berat kapal, serta data hidrostatik yang memuat list data kondisi perairan, data list dati bilge keel. Bagian kedua berisi data massa tambah dan koefisien redaman. Bagian ketiga berisi mengenai data amplitudo dan fasa dari gaya dan momen yang terjadi untuk kondisi tertentu yang merupakan fungsi dari frekuensi gelombang. Selain itu output dari program ini adalah RAO, estimasi dari maksimum roll yang terjadi dan perhitungan nilai maksimum roll yang terjadi untuk setiap kondisi. 4.5 CONTOH KASUS Berikut ini adalah contoh kasus, dimana jenis kapal yang digunakan adalah kapal patroli tanpa bilge keel. Tabel berikut adalah list dari input programnnya: Tabel 4. 1 Input program WPB ' PATROL BOAT C CLASS FL 5/18/93 PROP STRUTS Title INPUT AS PASSIVE RUDDER Run Option Main option 2 Velocity print out 1 RAO print out 2 Roll damping print out 1 Alternate RAO print out 1 ADRPR 1 ORGOPTN 0 Physical Units Physical Units feet Mass density of water Acceleration of gravity Kinematic viscosity 1.28E 05 Hull particular Length between perpendiculars 78 Beam at midships Draft at midships 5.95 Displacement in long tons 72.3 Design speed in knots 0 increment for speed 5 Model length 0 Loading particular Nominal value of GM 3.24 Laporan Tugas Akhir Respon Dinamik Struktur Terapung 4 5

6 Underwater hull geometry Bilge keel(s) Skeg(s) Free surface correction 0 Distance from keel to center of gravity at the LCB 7.21 Pitch radius of gyration/l pp 0.25 Roll radius of gyration/beam 0.37 Yaw radius of gyration/l pp 0.25 (input lihat tabel 4.2 dan gambar 4.6, 4.7) Forward station Aft station (bottom of skeg) 17 Aft station (top of skeg) 18 Y coordinate (distance from center line) 0 Z coordinate of forward station Z coordinate of aft station (bottom) 0.25 Rudder(s) Z coordinate of aft station (top) Forward station of root Aft station of root Y coordinate of root 3.75 Z coordinate of forward station of root Z coordinate of aft station of root Forward station of tip Aft station of tip Y coordinate of tip 3.75 Z coordinate of forward station of tip Z coordinate of aft station of tip Forward station of root Aft station of root Y coordinate of root Z coordinate of forward station of root Laporan Tugas Akhir Respon Dinamik Struktur Terapung 4 6

7 Z coordinate of aft station of root Forward station of tip Aft station of tip Y coordinate of tip Z coordinate of forward station of tip Propeller Shaft Bracket set (s) Fin (S) Motions at a point Relative motion Sea state and roll iteration Z coordinate of aft station of tip (input lihat tabel 4.3) (input lihat tabel 4.4) Significant wave height 2.62 Single amplitude statistic used 2 Edit annotation Statistic name significant Write changes to smp input file and exit Keterangan: Laporan Tugas Akhir Respon Dinamik Struktur Terapung 4 7

8 Gambar 5. 1 Panjang karakteristik dari kapal. L pp merupakan panjang karakteristik dari kapal. Laporan Tugas Akhir Respon Dinamik Struktur Terapung 4 8

9 Tabel 4. 2 Hull geometry offset point STATION NOFFSET NLEWF OFFSETS Y=HALF BREADTH, Z=WATERLINE (FROM KEEL) 0 1 LINES Y= LINES Z= LINES Y= LINES Z= LINES Y= LINES Z= LINES Y= LINES Z= LINES Y= LINES Z= LINES Y= LINES Z= LINES Y= LINES Z= LINES Y= LINES Z= LINES Y= LINES Z= LINES Y= LINES Z= LINES Y= LINES Z= LINES Y= LINES Z= LINES Y= LINES Z= Laporan Tugas Akhir Respon Dinamik Struktur Terapung 4 9

10 13 10 LINES Y= LINES Z= LINES Y= LINES Z= LINES Y= LINES Z= LINES Y= LINES Z= LINES Y= LINES Z= LINES Y= LINES Z= LINES Y= LINES Z= LINES Y= LINES Z= Laporan Tugas Akhir Respon Dinamik Struktur Terapung 4 10

11 Berdasarkan point offset yang dimasukan dari data geometri kapal diatas didapatkan hasil plot grafik di bawah ini: Gambar 4. 5 Grafik offset point untuk forward station. Gambar 4. 6 Grafik offset point untuk aft station. Tabel 4. 3 Input motion at a point NUMBER NAME XPTLOC YPTLOC ZPTLOC 1 PILOT HOUSE AT HELMSMAN CHAIR FWD BERTHING, PORT/TOP BUNK MAIN DECK, BOAT DECK, STBD RAIL Laporan Tugas Akhir Respon Dinamik Struktur Terapung 4 11

12 Tabel 4. 4 Input relative motion NUMBER NAME FBCODE XPTFBD YPTFBD ZPTFBD RDOT 1 PORT PROPELLER TIP 2 = EMERGENCE STATION 2, SLAMMING 1 = SLAMMING MAIN DECK,STBD RAIL 3 = SUBMERGENCE Setelah dimasukan input seperti tabel 4.1 maka dengan menjalankan program SMP.EXE maka akan di dapatkan hasil keluaran seperti yang disajikan pada tabel tabel berikut ini: Tabel 4. 5 Non dimensional added mass SIGMA A(1,1) A(2,2) A(3,3) A(4,4) A(5,5) A(6,6) A(2,4) A(2,6) A(3,5) A(4,6) E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E 04 Keterangan: sigma merupakan nondimensional frekuensi (frekuensi gelombang ) L adalah panjang antara perpendikular (L pp ). G adalah percepatan gravitasi A(1,1), A(2,2), A(3,3) menjadi tidak berdimensi dengan dibagi oleh massa total kapal. A(4,4), A(5,5), A(6,6), A(4,6) menjadi tidak berdimensi dengan di bagi (massa L L). A(3,5), A(2,6), A(2,4) menjadi tidak berdimensi dengan dibagi (massa. Hasil plot bilangan non dimensi dari added mass pada tabel 4.2 adalah sebagai berikut: Laporan Tugas Akhir Respon Dinamik Struktur Terapung 4 12

13 Gambar 4. 7 Grafik non dimensional added mass. Tabel 4. 6 Non dimensional coefficient damping. SIGMA B(1,1) B(2,2) B(3,3) B(4,4) B(5,5) B(6,6) B(2,4) B(2,6) B(3,5) B(4,6) E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E 04 Keterangan: Sigma merupakan nondimensional frekuensi (frekuensi gelombang ) Koefidien redaman menjadi tidak berdimensi dengan dibagi oleh (corresponding factor ) Hasil plot bilangan non dimensi dari koefisien redaman pada tabel 4.3 adalah sebagai berikut: Laporan Tugas Akhir Respon Dinamik Struktur Terapung 4 13

14 Gambar 4. 8 Grafik non dimensional damping coefficient. Selain itu hasil yang bisa didapatkan dari program ini adalah response amplitude operator (RAO). RAO yang didapat terdiri dari RAO untuk kecepatan 0 dengan ship heading dari derajat dan RAO untuk kecepatan 8 knots dengan ship heading dari derajat dengan spasi 15 derajat. Berikut ini akan disajikan hasil salah satu contoh dari RAO untuk kecepatan 0 dengan heading 180 derajat, dengan tinggi gelombang signifikan sebesar 2.62 feet dan periode gelombang (modal period) 5 detik. Laporan Tugas Akhir Respon Dinamik Struktur Terapung 4 14

15 Tabel 4. 7 RAO untuk kecepatan 0 dengan heading 180 derajat. Laporan Tugas Akhir Respon Dinamik Struktur Terapung 4 15

16 Berikut ini akan disajikan hasil plot RAO untuk masing masing arah pada kondisi heading 0 sampai heading 180 dengan kecepatan 0. Gambar 4. 9 RAO arah surge untuk heading derajat dengan kecepatan 0. Gambar RAO arah sway untuk heading derajat dengan kecepatan 0. LaporanTugas Akhir Respon Dinamik Struktur Terapung 4 16

17 Gambar RAO arah heave untuk heading derajat dengan kecepatan 0. Gambar RAO arah roll untuk heading derajat dengan kecepatan 0. LaporanTugas Akhir Respon Dinamik Struktur Terapung 4 17

18 Gambar RAO arah pitch untuk heading derajat dengan kecepatan 0. Gambar RAO arah yaw untuk heading derajat dengan kecepatan 0. LaporanTugas Akhir Respon Dinamik Struktur Terapung 4 18

19 Contents BAB PENGGUNAAN PROGRAM NSRDC... 1 SHIP MOTION AND SEA LOAD PENJELASAN UMUM PROGRAM ORGANISASI DAN STRUKTUR DARI PROGRAM INPUT PROGRAM OUTPUT PROGRAM CONTOH KASUS... 5 Gambar 4. 1 Perjanjian tanda untuk masing masing komponen gaya gelombang dinamik Gambar 4. 2 Bagan organisasi dari program NSRDC Ship Motion and Sea Load....3 Gambar 4. 3 Offset point yang menggambarkan bagian kapal yang tenggelam... 4 Gambar 4. 4 Kurva distribusi massa untuk setiap stasiun... 4 Gambar 4. 5 Grafik offset point untuk forward station Gambar 4. 6 Grafik offset point untuk aft station Gambar 4. 7 Grafik non dimensional added mass Gambar 4. 8 Grafik non dimensional damping coefficient Gambar 4. 9 RAO arah surge untuk heading derajat dengan kecepatan Gambar RAO arah sway untuk heading derajat dengan kecepatan Gambar RAO arah heave untuk heading derajat dengan kecepatan Gambar RAO arah roll untuk heading derajat dengan kecepatan Gambar RAO arah pitch untuk heading derajat dengan kecepatan Gambar RAO arah yaw untuk heading derajat dengan kecepatan Tabel 4. 1 Input program...5 Tabel 4. 2 Hull geometry offset point... 9 Tabel 4. 3 Input motion at a point Tabel 4. 4 Input relative motion Tabel 4. 5 Non dimensional added mass Tabel 4. 6 Non dimensional coefficient damping Tabel 4. 7 RAO untuk kecepatan 0 dengan heading 180 derajat LaporanTugas Akhir Respon Dinamik Struktur Terapung 4 19