LOGO ANALISA PERKIRAAN UMUR PADA CROSS DECK KAPAL IKAN KATAMARAN 10 GT MENGGUNAKAN METODE FRACTURE MECHANICS BERBASIS METODE ELEMEN HINGGA Erik Sugianto (4108 100 094) Dosen Pembimbing: Dony Setyawan ST M.Eng Teknik Perkapalan Fakultas Teknologi Kelauatan Institut Teknologi Sepuluh Nopember 2013
Daftar Isi 1.Pendahuluan 2. Metodologi 3. Analisa 4. Kesimpulan
Pendahuluan Latar Belakang Dalam tiga dasa warsa terakhir, peningkatan kebutuhan kapal multihulls significant. Berbagai kecelakaan kapal di Indonesia, diantaranya kapal Katamaran Lisa Jero pada 2010. Salah satu penyebab kecelakaan adalah akibat kepatahan. Penelitian sebelumnya yang menuliskan bahwa pada Kapal Ikan Katamaran 10 GT tegangan tertinggi terdapat pada daerah cross deck antara gading empat dan lima
Pendahuluan Perumusan Masalah Bagaimana menentukan umur struktur cross deck kapal ikan katamaran 12 GT setelah adanya initial crack? Tujuan Menentukan umur struktur cross deck kapal ikan katamaran 12 GT setelah adanya initial crack.
Pendahuluan Batasan Masalah Kapal yang digunakan adalah Kapal Ikan Katamaran 10 GT Software yang digunakan dalam analisa metode elemen adalah software finite element method (FEM) Jenis initial crack adalah surface crack semi elliptical Mode intitial crack pada mode analisa adalah mode opening yang hanya memperhitungkan gaya aksial (Mode I). Variasi kedalaman (a) retak awal adalah 0,5, 1 mm dan 1.5 mm.
Pendahuluan Manfaat Dari tugas akhir ini diharapkan bisa sebagai acuan dalam desain kapal katamaran, menambah khasanah ilmu pengetahuan serta setelah adanya penelitian ini, dapat direkomendasikan penambahan penguat pada daerah kritis, sehingga umur struktur kapal dapat diperpanjang. Hipotesis Umur struktur kapal katamaran dengan adanya initial crack diprediksi akan lebih rendah daripada tanpa adanya initial crack. Serta, semakin dalam initial crack, maka umur konstruksi cross deck akan semakin kecil.
Metodologi Penelitian
1. Studi Pustaka Studi pustaka dilakukan untuk menambah pengetahuan peneliti, selain itu dengan studi pustaka maka akan didapatkan metode untuk menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Pengumpulan Data Data kapal seperti data ukuran utama kapal, rencana umum, konstruksi dan material properti.
Tabel 3.2 Material properties baja A516-70 (Chang-Sung, 2000) Dengan nilai Modulus Young baja A516-70 = 190-210 Gpa Yield Strength = 260 Mpa Angka poisson ratio baja A-516-70 = 0.27-0.3 dan density baja A-516-70 = 7.7-8,03 g/cm 3, dan pada penelitian kali ini digunakan 7.83 g/cm 3 karena beberapa referensi penelitian sebelumnya menggunakan angka tersebut.
3a.Penentuan Tegangan Tegangan tertinggi yang terjadi pada antara gading empat dan lima pada cross deck adalah 54.7 N/mm 2. Ini adalah tegangan tekan akibat adanya longitudinal bending momen pada kapal sagging-hogging ketika berlayar. 3b.Initial Crack Model semi elliptical surface crack Posisi initial crack
4. Perhitungan SIF dengan Metode Fracture Mechanics Newman dan Raju Ki = σ (п a/q) 0.5 F dengan fungsi (a/c), (a/t), (c/b) dan θ Dimana: σ = tegangan, tegangan yang diambil adalah tegangan tarik maksimal yang terjadi yakni 0.0574 KN/mm 2. a = kedalaman retak adalah 0.5, 1 dan 1.5 mm Q = 1 + 1.464 β 1.65, β = a/ c. a adalah panjang retak sedangkan c adalah a + 0.05 F = M 1 + M 2 α 2 + M 3 α 4 (f θ g f w). M 1 = 1.13 0.009 β, M 2 = -0.54+0.89 / (0.2+ β) M 3 = 0.5 1/ (0.68 + β) + 14 (1- β) 24. f w = (sec (п/2b * α 0.5 ) 0.5 b = jarak terdekat dengan tepi pelat. α = a/ t. g = 1 + (0.1 + 0.35 α 2 )(1-sin θ) 2 f θ = β 2 + cos 2 θ + sin 2 θ) ¼. H = H2 + (H2-H) sin φ θ p = 0.2 + β + 0.6 a H1 =1-0.34 α 0.11 α β H = H2 + (H2-H1) sin φ θ H2 = 1+G1 α + G2 α 2 G1 =-1.22-0.12 β G2 = 0.55-1.05 β 0.75 + 0.47 β 01.5
5. Permodelan 5.1. Menentukan plane strain atau plane stress Nilai Kic = 57. 6 MPa m dan σ y = 260 Mpa untuk baja A516-70, maka didapatkan nilai B = 12.7606 mm. Karena tebal model adalah 6 mm dan didapatkan B > 12.7606, maka model berada dalam kondisi plane strain. 5.1 Menentukan Crack Tip Plastic Zone
5.3 Permodelan Retak Tampilan pertama software FEM yang digunakan Pemilihan Tipe Elemen Solid 20node186
Pemilihan Tipe Elemen Mesh200 Tipe Elemen yang akan digunakan
Model Benda Uji Hasil Meshing Model Hasil Pembebanan pada Model
Element Singular Meshing pada Crack Tube
List Parameter Pengintegrasian Hasil J-Integral
Distribusi Tegangan pada Daerah Retak Perhitungan SIF Dimana J adalah nilai J integal, v adalah angko posison ratio yang bernilai 3 dan E modulus elastisitas yang bernilai 210 Gpa.
Perhitungan Perambatan Retak C merupakan faktor konstanta dan m merupakan exponen yang diperoleh dari data pengujian. Pada tugas akhir ini, nilai C dan m di dapat dari paper Garbatov dan Guedes, dengan nilai m adalah 3 dan c adalah 5.12 x 10-10.
Transformasi cycle (N) ke waktu (detik) Besarnya periode gelombang dihitung dengan rumus sebagai berikut [Bhattacharya, 1978]: Dan untuk mencari satu periode sagging-hogging di gelombang yang melalui badan kapal dihitung dengan rumus berikut [Bhattacharya, 1978]:
Analisa Data Validasi Menurut Newman dan Raju (1981) pada jurnalnya yang berjudul An Empirical Stress-Intensity factor Equation for The Surface Crack menyebutkan bahwa distribusi atau persebaran tegangan pada pelat dengan retak jenis surface crack berapada ujung retak.
Konvergensi Nilai J Integral dengan variasi jumlah elemen pada kedalamann 4.5 mm dengan kondisi initial crack a i =0.5mm Perbandingan nilai SIF dengan variasi jumlah elemen pada kedalamann 4.5 mm dengan kondisi initial crack a i =0.5mm
Perbandingan SIF dengan kedalamann 4.5 mm pada initial crack a i =0.5mm Menurut Newman dan Raju (1981), untuk semua parameter investigasi dengan a/t kurang dari 0.8. Hasil perhitungan nilai stress intensitas faktor persamaan Newman Raju dengan hasil dari metode elemen hingga mempunyai nilai error atau margin error kurang lebih 5%.
Analisa Hasil Numerik Hasil nilai J-Integral untuk kondisi initial crack ai=0.5 mm Hasil nilai SIF untuk kondisi initial crack a i =0.5 mm
Hasil nilai periode encountered Hasil nilai fatigue life untuk kondisi initial crack a i =0.5 mm dan c i =1 mm Jumlah detik dalam satu tahun adalah 31536000, maka umur konstruksi cross deck dengan initial crcak kedalaman 0.5 mm dan panjang 2 mm (2c) adalah 509272620.5/31536000 sama dengan 16.14892886 tahun
Analisa Hasil Empiris Hasil SIFuntuk kondisi initial crack a i =0.5 mm dan c i =1 mm
Hasil fatigue Life untuk kondisi initial crack a i =0.5 mm dan c i =1 mm Karena jumlah detik dalam satu tahun adalah 31536000, maka umur konstruksi cross deck dengan initial crcak kedalaman 0.5 mm dan panjang 2 mm (2c) adalah 485802254.1/31536000 sama dengan 15.40468842 tahun.
Analisa Hasil Numerik dan Empiris Perbandingan Nilai SIF kondisi initial crack a i =0.5 mm dan c i =1 mm Perbandingan Nilai SIF kondisi initial crack a i = 1 mm dan c i =1.5 mm
Nilai SIF kondisi initial crack a i =1.5 mm dan c i =2 mm
Analisa Umur Konstruksi Cross Deck
Analisa Umur Konstruksi Cross Deck
Analisa Umur Konstruksi Cross Deck
Analisa Umur Konstruksi Cross Deck
Kesimpulan Semakin dalam retak awal atau initial crack pada konstruksi cross deck kapal ikan katamaran 10 GT, maka fatique lifenya semakin rendah. Dengan perhitungan SIF menggunakan metode FEM. Untuk kedalaman awal (a i ) bernilai 0.5 mm, konstruksi cross deck memiliki umur 16.14892886 tahun. Sedangkan dengan a i bernilai 1 mm, konstruksi tersebut berumur 9.692809685 tahun. Dan apabila a i lebih dalam yakni bernilai 1.5 mm, maka umur konstruksinya menjadi 6.484139307 tahun. Dengan perhitungan SIF menggunakan persamaan Newman dan Raju. Untuk nilai a i 0.5 mm, konstruksi cross deck berumur 15.40468842 tahun. a i bernilai 1 mm konstruksi cross deck berumur 9.276782983 tahun. Dan dengan a i bernilai 1.5 mm umur konstruksi tersebut menjadi 6.22094281 tahun.
LOGO