PERKIRAAN UMUR KONSTRUKSI KAPAL DENGAN ANALISA FATIGUE: STUDI KASUS PADA KAPAL TANKER DWT. Oleh: OKY ADITYA PUTRA

PERKIRAAN UMUR KONSTRUKSI KAPAL DENGAN ANALISA FATIGUE: STUDI KASUS PADA KAPAL TANKER 24.000 DWT Oleh: OKY ADITYA PUTRA 4106 100 040

LATAR BELAKANG Metode perhitungan konvensional memiliki banyak kekurangan dibandingkan dengan CSR banyak aturan baru yang lebih ketat yang diterpakan dalam regualasi ini antara lain : perhitungan life time sampai 25 tahun penerapan Finite Element Analysis

Perumusan Masalah bagaimanakah cara untuk menghitung umur konstruksi kapal dengan menggunakan regulasi Common Structural Rules untuk Double hull Tanker menggunakan Finite Element Analysis?

Batasan Masalah Regulasi yang dipakai : regulasi Common Structural Rules. Studi kasus : kapal double hull tanker 24.000 DWT software : MSC PATRAN versi 2010 sebagai pre processor MSC NASTRAN versi 2010 sebagai processor.

Tujuan Mengetahui umur konstruksi kapal menggunakan FE analysis dengan menggunakan CSR Mengetahui titik-titik kritis pada kapal dimana terjadi tegangan yang tinggi Memahami penerapan regulasi Common Struktural Rules ls

Metodologi 1. Studi literatur mengenai analisa fatigue pada CSR 2. Pengumpulan data-data gambar 3. Perhitungan tegangan lokal dengan pemodelan Finite Element 4. Analisa fatigue dan perkiraan umur konstruksi kapal 5. Analisa pembahasan 6. kesimpulan

Flow Chart

Fatigue Requirement Panjang kapal minimal 150 m Desain umur konstruksi kapal untuk 25 tahun Analisa fatigue pada CSR hanya karena desain pembebanan gelombang (wave loads) Analisa fatigue akibat getaran, tidak termasuk pembahasan dari CSR

Lokasi Perhitungan [Appendix C of JTP Common Structural Rules, 2006]. Lokasi perhitungan dibagi menjadi 3 : Sambungan antara floor dengan hopper tanks (HOT SPOT 1) Sambungan antara hopper sloping platting, dengan inner bottom (HOT SPOT 2) Sambungan antara horizontal girder pada double side, sekat melintang (HOT SPOT 3)

Hot Spot 1 Lokasi Perhitungan

Faktor Korosi [Section 6.3 of JTP Common Structural Rules, 2006] Tcorr=twas+0,5tmm

Rumus fatigue [Appendix C of JTP Common Structural Rules, 2006]. Cumulative Fatigue Damage (D) Fatigue Life Time

Finite Element Model Menurut CSR memberikan informasi bahwa pemodelan kapal dilakukan pada tiga cargo hold yang berada di tengah kapal

Finite Element Model Hasil dari pembuatan model menggunakan MSC PATRAN versi 2010

Finite Element Model Material Properties Pelat Untuk elemen yang berupa pelat yang dimodelkan sebagai shell elemen di-input-kan ketebalan pelat setelah ditambahkan faktor korosi Profile Untuk elemen yang berupa profil yang dimodelkan sebagai y g p p y g g bar elemen di-input-kan harga material properties diantaranya: momen inertia (I) dan luas penampang (A) profil

Finite Element Model

Variasi Pembebanan [Appendix B 2.4 of JTP Common o Structural Rules, 2006].

Beban Gelombang Air Laut Statis [CSR for tanker section 7, 2.2.2] P = * *(T - 2 hys ρ sw g LC z) [kn/m ] Keterangan : z = vertical coordinate of load point (tidak boleh lebih besar dari T LC ) [m] ρ sw = berat jenis air laut 1,025 ton/m 3 T LC = sarat pada kondisi loading g = percepatan gravitasi 9,81m/s 2

Beban Statis Tanki [CSR for tanker section 7, 2.2.3.1] ] Pin tk = ρ*g*ztk g kn/m2 Dimana : Ztk jarak vertikal dari titik tertinggi tank (tidak termasuk lubang palkah) ke titik beban [m] Ρ Tidak kurang dari 0.9 untuk muatan cair, perhitungan fatigue ton/m Selain itu 1.025 g = percepatan p gravitasi 9,81 m/s 2

Beban Gelombang Air Laut Dinamis [CSR for tanker section 7, 3.5.2] P 1 = P2 = Catatan : Setelah dihitung nilai p1 & p2 maka diambil yang terbesar

Beban Gelombang Air Laut Dinamis [CSR for tanker section 7, 6.3.5.1]

Beban Dinamis Tanki [CSR for tanker section 7, 6.3.7.1] ] [CSR for tanker section 7, 3.5.4.1]

Bending Moment (M) [CSR for double hull tanker Section 7.3.4] Dibagi menjadi 2: Momen Bending Momen Bending Horizontal Vertikal

Momen Bending vertikal [CSR for double hull tanker Section 7.3.4] Dimana : fwv-v faktor distribusi momen bending vertical sepanjang kapal 0.0 pada A.P 01 0.1 pada 01Lsampai 0.1 AP A.P 1.0 untuk 0.4L sampai 0.65L dari A.P. 0.1 untuk 0.9L sampai A.P 0.0 pada A.P L Panjang kapal, Section 4/1.1.1.1 B Lebar kapal, Section 4/1.1.3.1 Cb koofisien blok, Section 4/1.1.9.1 Cwv

Momen Bending Horizontal [CSR for double hull tanker Section 7.3.4] Dimana : fprob 1 fwv-h faktor distribusi momen bending horizontal sepanjang kapal 00 0.0 pada AP A.P 0.1 pada 0.1 L sampai A.P 1.0 untuk 0.4L sampai 0.65L dari A.P. 0.1 untuk 0.9L sampai A.P 0.0 pada A.P L Panjang kapal, Section 4/1.1.1.1 B Lebar kapal, Section 4/1.1.3.1 Cb koofisien blok, Section 4/1.1.9.1

Boundary Condition Sesuai dengan regulasi CSR untuk kondisi batas diberikan pada independent point di kedua ujung model Independent point adalah titik pusat gravitasi dari model pada daerah tersebut Untuk node yang berada disekeliling independent point didefinisikan sebagai rigid link.

Boundary Condition

Hot Spot Stress Range (Δσ W ) Hot Spot Stress Range (Δσ W W) Tegangan lokal yang terjadi pada setiap bagian analisa pada fatigue.

Equivalent Hot Spot Stress Range (Δσ equiv ) Tegangan g lokal yang diperoleh di ekivalensi-kan dengan faktor koreksi tegangan (f mean ) Dimana, σ m : Local Hot Spot mean stress

Equivalent Hot Spot Notch Stress (Δσ eq ) Hot spot notch stress adalah tegangan lokal yang dipengaruhi oleh faktor geometri konstruksi. Untuk analisa fatigue : Dimana, K f : Faktor geometri untuk analisa fatigue

Correction Hot Spot Notch Stress (Δσ E ) Faktor koreksi material (f material ) Faktor koreksi ketebalan pelat (f thick )

Rekap Perhitungan (Δσ W ),(Δσ equiv ), (Δσ eq ), (Δσ E )

Fatigue Damage (D) Parameter Kurva S-N, K = 1.014 10 15 Total lama cycle untuk desain konstruksi 25 tahun Dimana, T L : Desain umur konstruksi k kapal dalam detik, untuk 25 tahun, T L = 7.884 10 8 Incomplete gamma function tipe 2 (Γ) Incomplete gamma function tipe 1 (γ) Jumlah cycle, N R = 10 4 Weibull shape parameter, ξ = 1.0

Rumus fatigue [Appendix C of JTP Common Structural Rules, 2006]. Cumulative Fatigue Damage (D) Fatigue Life Time

Rekap Nilai Dj dan Life Time

Kesimpulan Struktur yang telah di analisa sudah memenuhi persyaratan yang ada di dalam CSR namun batas umur yang dihasilkan masih terlalu dekat dengan persyaratan yang ada didalam CSR yakni 25 tahun hal ini dikarenakan kapal yang dimodelkan sudah berumur kurang lebih 5 tahun. Kapal Tanker 24.000 DWT dibangun menggunakan regulasi konvensional, jadi desain struktur konstruksinya tidak sekuat apabila menggunakan regulasi CSR Besarnya tegangan yang terjadi pada pelat yang dianalisa lebih besar karena CSR memberlakukan faktor pengurangan tebal pelat akibat korosi sehingga ketebalan pelat yang dianalisa menjadi lebih tipis.

Saran Perhitngan fatigue life seharusnya memakai tebal pelat terakhir atau tebal pelat aktual hasil dari NDT test, sehingga tebal pelat kapal yang diinputkan adalah tebal pelat kapal terbaru Regulasi CSR agak sulit untuk dipahami namun dengan metode finite it element analysis yang digunakan CSR, menghitung umur fatigue suatu kapal lebih mudah sehingga untuk ke depannya disarankan menggunakan FE analysis untuk menghitung umur fatigue

---TERIMA KASIH---