Analisa Tegangan Geser

5/21/2018 Analisa Tegangan Geser

1/10

ANALISA TEGANGAN GESER PADA STRUKTUR CINCIN KAPAL

CHEMICAL TANKER 6200 DWT

*Totok Yulianto ST, MT, **M. Yudi Oktovianto

* Staf Pengajar Jurusan Teknik Perkapalan

**Mahasiswa Jurusan Teknik Perkapalan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) SurabayaSukolilo-Surabaya 60111

ABSTRAC

Distribusi beban yang tidak merata dan gelombang air laut yang tidak beraturan pada kapal yang berlayar

menyebabkan terjadinya tegangan dan regangan pada struktur kapal. Salah satu tegangan yang bekerja pada

struktur cincin kapal tersebut adalah tegangan geser. Analisa tegangan geser merupakan suatu hal yang

sangat penting dalam menentukan kuat tidaknya struktur konstruksi kapal. Analisa tegangan geser dilakukan

dengan pemeriksaan pada konstrusi midship kapal. Jika konstruksi midship kapal telah memenuhi

persyaratan tegangan geser dalam klasifikasi, maka bagian konstruksi yang lain dapat dianggap juga telah

memenuhi persyaratan tersebut. Dalam penelitian ini, dilakukan analisis tegangan geser pada Kapal Chemical

Tanker 6200 DWT. Analisa tegangan geser dalam penelitian ini dilakukan dengan dua metode yang berbeda,

yaitu metode perhitungan manual dan metode elemen hingga. Perhitungan manual dilakukan denganmenggunakan teori hull girder respon analysis, sedangkan metode elemen hingga dilakukan dengan

pemodelan tiga ruang muat pada progam Nastran dengan input pembebanan berdasarkan regulasi Registro

Italiano Navale (RINA) 2010. Hasil analisa tegangan geser dari kedua metode tersebut selanjutnya

dibandingkan dengan batas ijin tegangan geser yang diberikan oleh regulasi RINA 2010. Dari hasil

perhitungan manual, didapatkan tegangan geser maksimum pada sekat memanjang material outokumpu,

yakni sebesar 24.094 N/mm2 akibat momen bending dan sebesar 18.06 N/mm2 akibat momen torsi.

Sedangkan dari hasil running nastran (metode elemen hingga) didapatkan tegangan geser maksimum pada

bagian pelat wrang material AH 36, yakni sebesar 126 N/mm2. Dari hasil analisa tersebut, maka dapat

disimpulkan bahwa tegangan geser pada konstrusi kapal Chemical Tanker 6200 DWT masih memenuhi

persyaratan klasifikasi RINA 2010.

1. Pendahuluan

Kapal Chemical Tanker merupakan kapal

full displacement dengan muatan cair sehingga

perlu adanya perhatian khusus dalam analisa

tegangan geser. Setiap regulasi atau class memiliki

standart tegangan ijin maksimum yang tidak boleh

dilampaui, karaena kapal Chemical Tanker 6200

DWT ini adalah kapal class RINA (Registro

Italiano Navale) maka batasan ijin tegangan geser

maksimum yang digunakan adalah batasan

tegangan ijin maksimum berdasarka klasifikasi

RINA.

Didalam perhitngan tegangan geser ini akandilakukan perhitungan tegangan geser dengan

metode perhitungan manual dan metode elemen

hingga. Perhitungan secara analisa dilakukan

dengan menggunakan girder respon analysisyang

terdapat pada buku ship structural design.

Perhitungan dengan metode elemenhingga

dilakukan dengan menggunakan permodelan pada

MSC Nastran 2010.

Permodelan dilakukan berdasarkan regulasi

RINA 2010, jika terdapat kekurangan petunjuk

dalam melakukan pemodelan akan dilakukan

pengadopsian dari rule lain seperti Common

structural Rules CSR for Double Hull Oil Tanker.

Setelah didapatkan hasil perhitungan

tegangan geser maka akan dilakukan pengecekan

kekuatan struktur dan bila terdapat kekuatan

struktur yang tidak memenuhi persyaratan maka

akan diberikan rekomendasi penguatan konstruksi.

2. Tinjauan Pustaka

2.1. Tegangan Geser Akibat Momen Bending

PadaMulticell( Owen F. Huges, 1983 )Secara umum shear stress dapat

didefinisikan dalam persamaan:

dimana :

Q = shear force

2.1

( 2.2)


2/10

I =

t = t

y = j

s =

penam

satu uj

cabang

Mome

persam

cut sec

Sehing

disimb

Dan lu

untukdiseles

Diman

Sehing

kompo

integral

Dan lu

untuk

dapat

sebagai

Sehing

persam

penam

Kemud

flow s

koreksi

Apabil

berlaw

tanda (

2.2. Te

tegang

diseles

oment inersia

ebal pelat

arak titik berat

anjang pelat y

etiap penamp

ang terbuka

ng dari pena

shear flow

t pertama

aan 2 untuk

ion diberikan

a besarnya

lkan sebagai

asan shear fl

atu komponeikan dengan c

(q*/t) ds = (

, P = q* x fak

a koreksi

en tertutup

tertutup

(1/t)ds

asan shear fl

eseluruhan k

iselesaikan d

berikut :

(q*/t)ds

a dari pers

aan shear

ang tertutup:

(q1/t)ds + (q-(q*/t)ds

ian dilakuka

ebelum kore

(pers.8), menj

arah she

nan dengan a

) menjadi (-).

angan Geser

ntuk mene

n geser akib

ikan dengan

penampang

luasan ke su

ang ditinjau.

ang tertutup

engan memo

pang tertutu

0 pada uju

dapat di

embedakan

imbol m*.

nilai dari

* menjadi :

w untuk kor

n penampangara simpson, s

*.P).s / 3.t

or simpson

shear flo

dapat disele

w untuk kor

mponen pena

engan cara i

amaan 6 d

low koreksi

2/t)ds + +

penjumlaha

si (pers.4) d

adi :

r flow se

rah shear flo

Akibat Mom

ntukan hasi

t momen to

formula mu

bu netral aksi

irubah menja

ong pada sal

tersebut. Ti

ng cabangny

itung deng

nilai m deng

shear flo

ksi shear flo

tertutup dapebagai berikut

keseluruh

saikan deng

ksi shear flo

mpang tertut

tegral tertutu

n 7 menja

untuk sua

(qN/t)ds =

antara she

an shear flo

elum korek

koreksi, ma

en Torsi

l perhitung

si maka dap

ltipel cell fr

( 2.3

( 2.

( 2.5

( 2.

( 2.

( 2.

( 2.

i

h

p

a.

n

n

w

w

at:

n

n

w

p

,

i

u

r

w

si

a

n

at

e

warpi

yang

kondis

free w

sel ada

Dan to

Dikare

rumus

geome

sectio

mengg

Rumu

Untuk

dilaku

Sehin

persa

dilaku

koofisi

dan pe

Persa

persa

Dan

beriku

Dan ol

Dari p

menja

)

)

)

)

)

)

)

g. Formula i

saling berhu

i tertutup (clo

rping.

Fornula untu

lah sebagai be

Mx= 2Aiqi

tal dari sel da

nakan tidak a

tersebut maka

tric compabili

pada ge

unakan formu

diatas 2.12 d

lebih menye

an permisala

ga persamaa

aan berikut:

Untuk integr

an evaluasi

en yang akan

rsamaan akan

Ciqi Ci-1qi-1

aan ini untu

aan sebagai b

[C]{q} = 2 G

kan didapat

:

Mx= 2{A}T{

eh karena itu

ersamaan tera

i rigidly dari

1/'(q/t)d

qi/'ds/t

+.(qn/')

qi/'=qi'

qi'ds/t (qi

+.(qn')nd

n

i

AiM ix1

2`

i digunakan

bung dan s

e section) da

menentukan

rikut:

at ditulis seba

an bisa menc

dilakukan de

ty. Untuk beb

metric co

la sebagai beri

apat ditulis de

erhanakan p

sebagai beri

2.13 dapa

l dari persa

ari geometri

diperlihatkan

menjadi

Ci+1qi+1 =

semua sel d

rikut:

{A}

an nilai q

q}=2{ A }T{

hir kita lihat

semua seksi

s=2AG

qi1/')i1ds/t

nds/t=2AiG

1')i1ds/t (qi+

s/t=2AiG

i

untuk multi

muanya dal

benda diangg

aliran di seti

gai berikut:

ri nilai q deng

gan perhitung

erapa cells cl

pability da

kut:

ngan

rhitungan ma

ut:

ditulis sepe

aan 2.15 a

ang terdiri d

engan simbul

AiG

n menghasil

dari persama

q }

bahwa penye

. Dan untuk

(qi+1/')i+1d

1')i+1ds/t

( 2.

( 2.

( 2.

( 2.

( 2.

( 2.

( 2.

( 2.

( 2.

( 2.

el

m

ap

ap

an

an

se

at

ka

rti

an

ari

C

an

an

ut

J

/t

0 )

1 )

2 )

3 )

.14 )

5 )

6 )

7 )

.18 )

.19 )


3/10

untuk satu bagian tertutup maka digunakan

formula.

GJ = 2 {A}T {q}

Setelah mendapatkan nilai . Maka hasil q dapatdiperoleh dari hasil normalisasi dari persamaan

2.14. dan nilai tegangan geser pun didapatkan dari

persamaan

= q / t

2.3 Tegangan geser metode elemen hingga.

A. Lingkup ruang dan model

Regulasi RINA Chapter 7 Appendix 1

memberikan informasi bahwa pemodelan kapal

untuk L < 15 0m pada dasarnya cukup dilakukan

pemodelan 1 ruang muat, tetapi jika dibutuhkan

proses analisa lebih lanjut mengenai berbagai

macam bentuk pressure akibat berbagai macam

tipe muatan pada tanki sehingga dibutuhkan tanki

lebih panjang untuk dilakukan analisa maka bisa

menggunakan pemodelan tiga ruang muat.Pemodelan dilakukan pada tiga cargo

hold, satu cargo hold berada di midship dan dua

cargo hold berada dibelakang midship.

Gambar 2.1 lingkup model untuk analisa [RINA, 2010]

B. Elemen dan ukurannya

Semua bagian dari struktur konstruksi kapalharus dimodelkan secara detail. Bagian konstruksi

kapal yang berupa pelat akan dimodelkan dengan

shell element yang memiliki harga ketebalan pelat

dan arah orientasi pembebanan. Ukuran shell

element sesuai dengan jarak pembujur.

Bagian kapal yang berupa stiffner dan

gading kecil dapat dimodelkan dengan beam atau

bar element. Bagian Face girder, bila web girder

terlalu besar maka dimodelkan dengan bar element

fungsi root pada face.

C. Propertis material

Bagian kontruksi kapal yang berupa stiffner

dapat dimodelkan dengan menggunakan bar

element yang teridiri dari beam dan rod element.

Beam element digunakan untuk memodelkan

stiffner yang berfungsi sebagai penguat langsung

pada struktur konstruksi seperti web frame dan

longitudinal stiffner. Beam element memiliki nilai

axial (A), moment inertia (I), torsional (J) dan arah

orientasi dari pembebanan. Kemudian rod element

digunakan untuk memodelkan web stiffner dan

face plate pada penguat utama konstruksi yang

hanya memiliki nilai axial (A) dan constant cross

section area sepanjang stiffner. Sedangkan pelat

dimodelkan dengan shell element.

D. Kondisi batas

kondisi batas diberikan pada bagian

belakang model dan didefinisikan sebagai rigid

link. Rigidlink diletakkan pada ujung belakang

bagian konstruksi yang mendukung kekuatan

memanjang kapal, baik berupa : longitudinal plate,

girder, shell plate dan longitudinal balkhead. Untuk

ketentuan arah node seperti terdapat pada tabel

Berikut:

Tabel 2. 1 Kondisi batas [ RINA 2010]

E. Kondisi pembebanan.

Kondisi pembebanan yang disarankan regulasi rina

adalah:

1. Kondisis pembebanan homogen

2. Kondisis pembebanan heterogen

3. Kondisi pembebanan pada sarat tertentu

4. Kondisi pembebanan ballast

F. Hullgirder Load

Beban hullgirder load yang diinputkan

dalam model adalah sebagai berikut:

a.

Still water bending moments at midship

Kondisi hogging

Kondisi sagging

b.Vertical wave bending moments

Kondisi hogging

Kondisi sagging

c.Horizontal wave bending moment

( 2.20 )

( 2.21 )

( 2.22 )

( 2.23 )

( 2.24 )

( 2.25 )

( 2.26 )


4/10

d.Wave torque

e.Vertical wave shear force

Beban tersebut diinputkan dalam model denganmemberikan koreksi seuai tabel 2.5

G. Local Load

Beban lcal load terdiri dari beban-beban sebagai

berikut:

a.Beaban air laut

Bentuk distribusi beban air laut dapat

dimodelkan sebagai berikut:

Gambar 2. 2 Beban air laut [RINA, 2010]

Formula yang digunakan adalah sebagai berikut:

Tabel 2.2 beban air laut [ RINA 2010]

b.Beban gelombang

Beban gelombang air laut dibedakan

menjadi 2 Upright dan inclined. Kondisi upright

dibagi menjadi tiga yaitu kondisi a crest, a trough

dan b. Kondisi inclined dibagi menjadi dua yaitu

kondisi c dan d.

Distribusi beban didistribusikan seperti

gambar berikut.

Gambar 2.3 beban gelombang [ RINA, 2010]

Formula yang digunakan dalam menghitung

distribusi beban pada posisi upright terdapat pada

tabel2.4 dan inclined pada tabel 2.3.

Tabel 2.3 Beban gelombang pada posisi upright load a

dan b [ RINA, 2010]

Tabel 2.4 Beban gelombang pada posisi inclined load c

dan d [ RINA, 2010]

Tabel 2.5 Hull girder- Maksimal momen bending pada bagian tengah model [ RINA, 2010]

( 2.27 )

( 2.28 )


5/10

c.Beban muatan

Beban muatan menggunakan formulapartly

filledtank karena muatan tanki tidak dimuati secara

penuh dan dilakukan penambahan akibat sloshing.

ps= L. g . (df + dTB- z )

Untuk pembebanan saat tanki termuatisecara penuh (full volume)

PS1 = L. g . ( zL- z )

PS2= L. g . ( zTOP- z ) + 100pPV

Persyaratan nilai Ps minimum adalah:

PSmin= L. g .( 0.8 . L1/(420 - L1))

Nilai Ps tersebut akan dicari nilai yang maksimal

dan akan ditambah dengan nilai inertial pressure

(pw) dan nilai pS+ pW0

3. Metodologi Penelitihan

Gambar 2.1 Diagram alir proses pengerjaan

Perhitungan tegangan geser dengan

perhitungan manual diperoleh dari gaya geser

shear flow per tebal pelat. Input beban untuk

tegangan geser akibat momen bending vertical

adalah shear force disetiap kondisi pembabanan,

dan input beban tegangan geser akibat momen

torsiadalah momen torsi akibat gelombang air laut

yang terdapat dalam regulasi RINA 2010Proses analisa dengan metode elemen

hingga dilakukan dengan membuat pemodelan

pada software Nastran 2010, Beban yang

diberiakan pada model meliputi local load dan hull

girder load. Beban lokal meliputi beban air laut,

gelombang air laut dan beban muatan. Beban hull

girder meliputi beban still water bending moments,

still water shear force dan wave shear force. Selain

itu juga dilakukan input properties material, kondisi

batas dan kondisi pembebanan.

Hasil perhitungan tegangan geser

dariperhitungan manual atau running progam

dilakukan perbandingan dengan persyaratan

perijinan klasifikasi.

4. Pemodelan dan Pembebanan4.1. Regulasi dan software perhitungan.

Regulasi yang digunakan dalam tugas akhir

ini adalah RINA 2010. Sehingga aturan yang

berkaitan dengan semua perhitungan yangada pada

penelitian ini mengacu pada regulasi tersebut,

mulai dari pemodelan, properties material, kondisi

pembebanan, kondisi batas dan perhitungan beban.

Pemodelan dilakukan dengan menggunakan

software MSC Patran 2010 untuk pre-processor

sedangkan untuk Processor menggunakan software

MSC Nastran 2010.

4.2. Lingkup ruang dan model

Kapal yang digunakan dalam penelitihan ini

adalah kapal Chemical Tanker 6200 DWT, dengan

ukuran utama Loa = 100 m, Lpp = 95 m, Lkonst=

94.651m, B = 16.98 m, TSC= 6.8 m dan D = 8.6 m.

Lingkup dan ruang model yang dilakukan

pemodelan mulai dari frame no. 40 sampai pada

frame no.91 atau dengan arti lain pemodelan

dilakukan pada cargo hold no 3, 4 dan 5.

Gambar 3.2 lingkup model ruang muat 3,4 dan 5

(tanda merah)

4.3. Elemen dan Ukurannya

Dilakukan pemodelan tiga ruang muat

dengan menggunakan elemen dan ukuran sesuai

dengan regulasi RINA 2010 dan hasil meshingnyaadalah seperti gambar berikut:

Gambar 3.3 meshing ruang muat 3,4 dan 5

( 2.29 )

( 2.30 )

( 2.31)

( 2.32 )


6/10

4.4. Propertis material

Diberikan input material properties sesuai

dengan persyaratan regulasi RINA 2010 dan hasil

inputnya seperti gambar berikut:

Gambar 3. 4 Ketebalan pelat dalam model

4.5. Kondisi batas

kondisi batas diberikan pada bagian

belakang model dan didefinisikan sebagai rigid

link. Rigidlink diletakkan pada ujung belakang

bagian konstruksi yang mendukung kekuatan

memanjang kapal, baik berupa : longitudinal plate,

girder, shell plate dan longitudinal balkhead. Untuk

ketentuan arah node seperti terdapat pada tabel 2.1.

Independent point diletakkan pada bagian

depan model setinggi titik netral axis dan

independent point merupakn input letak moment

dan shear forces

4.6.Pembebanan

Kondisi pembebanan yang diambil sebagai

input model sesuai dengan regulasi RINA adalhsebagaiberikut:

- Kondisi pembebabanan homogen, pembebanan

dengan tanki diisi semua pada sarat scantling (

Tsc) dengan muatan bermasa jenis sama

- Kondisi pembebabanan heterogen, yaitu suatu

pembebanan dengan tanki diisi semua pada sarat

scantling ( Tsc ) dengan muatan bermasa jenis

berbeda.

- Kondisi pembebanan 1, pembebanan seperti

gambar pada saat sarat 0.9 Tsc.

- Kondisi pembebanan 2, pembebanan seperti

gambar pada saat sarat 0.9 Tsc

.

- Kondisi pembebanan 3, pembebanan sesuai

gambar pada saat sarat 0.9 Tsc.

- Kondisi pembebanan Ballast, pembebanan

seperti gambar pada saat sarat 0.9 Tsc. dengan

muatan air laut.

Gambar 3. 4 Ketebalan pelat dalam model

4.6.1. Hullgirder load

Hasil perhitungan beban hullgirder load

yang diinputkan dalam model adalah sebagai

berikut:

Dilakukan perhitungan moment dan shear force

dan didapatkan nilai sebagai berikutMSW = 132245.980 kN.m

MWV,H = 167887.378 kN.m

MWV,S = 188738.380 kN.m

MWV = 188738.380 kN.m

MWH = 117876.937 kN.m

QwV = 543.289 kNm

Dalm input hull girder pada setiap kondisi

pembebanan nilainya sama yang berbeda adalah

shear force pada setiap kondisi pembebanan.

Qsw = 2327.878 kN (LC homogeny dan heterogen)

= 3407.679 kN (LC 1 dan 2)

= 5643.588 kN ( LC 3)

= 3975.510 kN ( LC Ballast)

Sebeleum diinputkan model dilakukan koreksi

dengan tabel 2.5.

4.6.2 Local Load

Beban local load terdiri dari beban-beban

sebagai berikut:

a.Beaban air laut

Beban air laut dilakukan perhitungan pada

saat sarat Tsc dan 0.9 Tsc dengan menggunakan

formula sesuai tabel 2.2.

b.Beaban air laut

Beban air laut dilakukan perhitungan padasaat sarat Tsc dan 0.9 Tsc dengan condisi upright

pada tabel 2.3 dan kondisi inclined pada tebel 2.4.

c.Beaban air laut

Beban muatan dilakukan perhitungan

dengan muatan sebagian atau tidak penuh pada LC

homogeny, hiterogen, 1,2 dan 3. Beban muatan

dilakukan formula muatan tanki penuh pada

kondisi ballast.


7/10

5. Shear flowpada struktur cincin kapal

5.1. Shear flow akibat momen bending vertikal

Pembebanan dilakukan dengan beban

vertical shear force(Qv). Besar nilai vertikal shear

force merupakan penjumlahan dari still water

bending moment shear force (QSW) dan vertical

wave shear force (QWV).Qv= Qsw+ Qwv

dengan

Qsw = 2327.878 kN (LC homogeny dan heterogen)

= 3407.679 kN (LC 1 dan 2)

= 5643.588 kN ( LC 3)

= 3975.510 kN ( LC Ballast)

Qwv = 543.2892 kN

A. Shear flow pada penampang tertutup.

Shear flow (q*) pada penampang tertutup

dibuat menjadi seperti terdapat pada penampang

terbuka dengan cara memotong satu bagian kecil di

ujung penampang tertutup tersebut.Shear flow(q*)

pada batang diantara 2 node dihitung dengan

persamaan berikut:

q* = (Qv / Iy) z dA m* = z dA

Dengan

Iy = 10.85011641 m4 (moment inersia sb. 'y)

Zna= 3.488928474 m

z adalah jarak vertikal titik berat luasan terhadap

NA

Qv dan Iy konstan sedangkan m* = z dAmempunyai harga yang berbeda sesuai dengan luas

dan lokasi komponen konstruksi. Panjang batang di

misalkan "s" di_integrasi sepanjang batang, sesuai

arah anak panah. Arah loop harus searah, loop

dibuat disetiap penampang tertutup.

Gambar 5.1 plot aliran geser dan node.

Tanda silang menunjukkan kalau bagian

tertutup dibuat menjadi aliran terbuka yang dimulai

dari bagian tersebut. Perhitungan shear flow

dilakukan hanya pada setengah bagian model

karena dianggap simetris.

B.Shear flowtabulasi

Dilakukan perhitungan shear flow disetiap

penampang, shear flow ini merupakan acuan awal

shear flow pada struktur cincin kapal sebelum

dilakukan koreksi.

C. Koreksi shear flow

Untuk mendapatkan nilai shear flow

sebenarnya maka harus dilakukan perhitungan

koreksi shear flow terlebih dahulu, koreksi ini

dilakukan untuk mngetahui nilai q0, q1,qn yang

terdapat pada setiap loop, untuk menghitung

koreksi shear flowdapat digunakan persamaan 2.8.

Untuk mencari nilai q0 hingga q6 harus

diselesaikan secara simultan, untuk mempermudah

perhitungan dibuat sebuah matrikulasi

D.

Shear flow setelah dikoreksi

Nilai shear flow atau aliran geser diperoleh

dari nilai awal shear flow sebelum koreksi

ditambah dengan koreksi aliran arah loop yang

didapat dari perhitungan matrix diatas. Hasil nilai

shear flow (-) menunjukkan arah shear flow

berlawanan dengan asumsi awal.

Tabel5.1. Cuplikan hasil perhitungan shear flow

5.2. Shear flow akibat momen Torsi

Perhitungan shear flow dilakukan pada

setengah model (karena dianggap simetris). Shear

flowpada penampang tertutup (close section) multi

cell dihitung dengan menggunakan persamaan

2.11. untuk nilai Mx didapat dari momen torsiakibat gelombang kapal yang terdapat pada

regulasi RINA 2010.

Dengan

Mx = 20262449 [Nm]

G = Modulus elastis geser

= 79.2346154 [Gpa] 7.92E+10 [N/m2]

)1(2

EG


8/10

Sebelem dilakukan koreksi diberikan arah

acuan awal aliran geser dan node nya seperti

gambar dibawah

Gambar 5.2 arah acuan awal dan node

Dari perhitungan didapatkan nilai:

A0= 55.880 m2 A4= 3.652 m

2

A1= 4.444 m2 A5= 4.259 m

2

A2= 3.801 m2 A6= 0.431 m

2

A3= 1.849 m2

Dan dilakukan perhitungan q dengan

persamaan 2.15. Untuk mencari nilai q0hingga q6

harus diselesaikan secara simultan, untuk

mempermudah perhitungan dibuat sebuah

matrikulasi

Mencari nilai qi dapat dilakukan dengan mencari

nilai ' terlebih dahulu. Formula yang digunakan

adalah persamaan 2.19.Dari perhitungan didapatkan :

4(A)T(q) = 8.2239 E +11

Dan didapatkan nilai =2.4639 E -05

Sehingga didapatkan nilai q sebagai berikut:

qi= qi

q0= 7.22 E+ 04 q4= 6.06 E+ 04

q1= 5.01 E+ 04 q5= 6.20 E+ 04

q2= 5.48 E+ 04 q6= 6.30 E+ 04

q3= 7.22 E+ 04

Perhitungan nilai shear flow atau aliran

geser dapat diperoleh dari penambahan q yang

mengaliri aliran pelat tersebut. Bila aliran tersebutberlawanan arah maka nilai dari aliran tersebut

adalah negatif.

Tabel5.2. Cuplikan hasil perhitungan shear flow

6. Analisa dan Pembahasan

6.1. Persyaratan penerimaan tegangan geser.

Dari hasil perhitungan didapatkan nilai

sebagai berikut:

Material autokumpu.. = 153.178 N/mm2

Material AH36.... = 152.778 N/mm2

6.2. Cek penerimaan konstruksi metode elemen

hingga

Hasil rekap tegangan geser metode elemen

hingga adalah sebagai berikut:

Tabel 6.1 Rekap perhitungan shear stress.

Dari hasil running progam yang direkap pada tabel

disamping menyatakan tidak terdapat tegangan

geser yang melebihi batas ijin. Tegangan geser

maksimal terdapat pada LC ballast a trought

sebesar 126 N/mm2

E = 206.01 [Gpa]

= 0.27-0.30

LcHomogenacrest 33.6 Pelintangsisiatas(P)

LcHomogenatrough 21.9 Wrangpelat(P)

LcHomogenb 20.7 Pelatsisidalam(p)

LcHomogenc 78.2 pelatgeladak(p)

LcHomogend 33.9 pelatgeladak(s)

LcHeterogenacrest 21.5 Pelatsisidalam(p)

Lcheterogenatrough 24.3 Wrangpelat(P)

LcHeterogenb 20.5 Pelatsisidalam(p)LcHeterogenc 78.3 pelatgeladak

LcHeterogend 42.4 pelatgeladak

Lc1acrest 48.5 W rangpelat(P)

Lc1atrough 48.5 Wrangpelat(P)

Lc1b 45.2 Wrangpelat(P)

Lc1c 75 pelatgeladak

Lc1d 49.4 Wrangpelat(P)

Lc2acrest 49 Wrangpelat(s)

Lc2atrough 32.1 Wrangpelat(s)

Lc2b 43.6 Wrangpelat(s)

Lc2c 76.1 Pelatgeladak

Lc2d 42.3 Pelatgeladak

Lc3acrest 45.9 Wrangpelat(p)

Lc3atrough 30 Sekatmemanjang

Lc3b 47.9 Wrangpelat(p)

Lc3c 92.6 Pelatgeladak

Lc3d 51.1 Wrangpelat(p)

LcBallastacrest 91.2 Wrangpelat(p)

LcBallastatrough 126 Wrangpelat(p)

LcBallastb 122 Wrangpelat(p)

LcBallastc 116 Pelatgeladak

LcBallastd 82.6 Wrangpelat(p)

KondisiPembebananTeganganGeser

(N/mm2)

Lokasi


9/10

Gambar6.1. letak tegangan geser maksimum

6.3. Cek penerimaan konstruksi metode elemen

hingga

A. Akibat momen bending vertikal

Rekap tegangan geser maksimum :

Tabel 6.2 Rekap tegangan geser maksimum

Tegangan geser maksimum terbesar terdapat

pada kondisi pembebanan 3. Hal itu dikarekanan

kondisi pembebanan3 mempunyai nilai shear force

paling tinggi, yaitu Qv = 6186.876 N

Gambar 6.2. Plot tegangan geser akibat momen bending vertical

Bentuk plot tegangan geser akibat momen

bending vertical disetiap kondisi bentuknya sama

seperti pada plot gambar disamping, yang

membedakan adalah besarannya. Hal itu tergantung

dari besar kecilnya nilai shear foce (Qv) di setiap

kondisi.

B. Akibat momen bending vertikal

Nilai tegangan maksimal sebesar -18.059

N/mm2 bada batang 1c - 1d, nilai min

menunjjukkan kalau arah tegangan gesernya

berlawanan dengan arah asumsi awal.

Gambar 6.3. Plot tegangan geser akibat momen torsi

7. Kesimpulan dan Saran

Dalam tugas akhir ini telah dilakukan analisa

tegangan geser dengan menggunakan metode

perhitungan manual dan metode elemen hingga

pada Kapal Chemical Tanker 6200 DWT, sehingga

diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

7.1. Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari penelitihan

ini adalah:1) Konstrusi kapal chemical tenker 6200 DWT

memenuhi standar regulasi RINA 2010 dalam

analisa perhitungan tegangan geser baik yang

dilakukan dengan metode perhitungan manual

ataupun juga dengan metode elemen hingga.

2) Hasil perhitungan tegangan geser dengan

metode perhitungan manual dan metode

elemen hingga tidak sama. Metode

perhitungan manual hanya memperhitungkan

shear force gaya geser dan torsion moment

momen torsi, sedangakan metode elemen

hingga memperhitungkan berbagai macam halseperti hull girder load ( still water bending

moment, wave bending moment, still water

shear force dan wave shear force) dan local

load ( sea pressure, wave sea pressure dan

internal load), hal itu membuat nilai tegangan

geser yang dianalisa dengan metode elemen

hingga nilainya jauh lebih tinggi.

- Tegangan geser maksimum yang dianalisa

dengan metode elemen hingga terdapat pada

`

1c-1d

Sekat Memanjang

1c-1d

Sekat Memanjang

1c-1d

Sekat Memanjang

1c-1d

Sekat Memanjang

1c-1d

Sekat Memanjang

1c-1d

Sekat Memanjang

Kondisi Pembebanan 2


Kondisi Pembebanan Ballast

11.181

11.181

14.569

14.569

24.094

17.598

Kondisi PembebananNilai Tegangan geser

Maksimum ( N/mm2)

Lokasi tegangan Geser

Kondisi Pembebanan Homogen

Kondisi Pembebanan Heterogen



10/10

kondisi pembebanan ballast a trough yang

terdapat pada wrang pelat portside dengan

nilai sebesar 126 N/mm2.

- Tegangan geser geser maksimum yang

dianalisa dengan metode analisa manual

akibat momen bending vertical terdapat pada

kondisi pembebanan 3 karenan kondisi

pembebanan ini yang memiliki shear force

maksimum yaitu 6186,876, dan bagian yang

mengalami tegangan geser maksimum itu

adalah sekat memanjang pada node 1d yang

terdapat pada batang 1c-1d sebesar 24.094

N/mm2.

3) Tegangan geser maksimum yang dianalisa

dengan metode perhitungan manual akibat

momen torsi ataupun momen bending terdapat

pada lokasi yang sama yaitu sekat memanjang

dengan elemen antara node 1c-1d. Tegangan

geser maksimum akibat momen torsi bernilai

sebesar 18.059 N/mm2.

4) Super posisi beban akibat muatan dan air laut

yang berselisih besar akan berakibat tegangan

geser yang cukup besar.

a) Super posisi akibat beban air laut yang lebih

besar, hal tersebut terdapat pada kondisi

pembebanan 1, 2 dan 3. Sesuai rekap tegangan

geser maksimum yang terdapat pada tabel 6.1,

tegangan geser maksimum pada setiap kondisi

pembebanan adalah sebagai berikut:

- Pada LC1, hampir semua terdapat pada

konstruksi pendukung kekuatan tanki nomer 4

yang tidak bermuatan yaitu bagian pelat wrangportside.

- Pada LC2, hampir semua terdapat pada

konstruksi pendukung kekuatan tanki nomer 4

yang tidak bermuatan yaitu bagian pelat wrang

starboard.

- Pada LC3, pada tanki 4 tidak terdapat muatan

sehingga tegangan geser yang cukup tinggi

terjadi dibagian konstruksi pendukung

kekuatan tanki nomer 4 khususnya pada bagian

pelat wrang.

b) Super posisi akibat beban muatan yang lebih

besar, hal tersebut terdapat pada kondisimuatan ballast. Kondisi muatan ballast tanki

muatan nomer 4 diisi penuh dengan muatan air

laut membuat selisih yang cukup tinggi antar

tekanan tersebut sehingga mengakibatkan

tegangan geser yang cukup tinggi pada

konstruksi pendukung khususnya pada bagian

pelat wrang.

7.2. Saran

1. Untuk pengembangan analisa dengan

menggunakan elemen hingga pada aplikasi

perkapalan perlu dilakukan permodelan

dengan sepanjang kapal, dengan hal itu maka

akan didapatkan hasil pendekatan analisa

sesuai dengan kondisi kapal sebenarnya.

2. Dalam penelitihan ini, perhitungan beban

momen torsi menggunakan rumus pendekatan

oleh regulasi klasifikasi. Sehingga, untuk

penelitian selanjutnya dapat dilakukan

perhitungan momen torsi di sepanjang kapal.

3.

Sebaiknya dilakukan penghindaran terhadap

kondisi pembebanan yang mengakibatkan

super posisi yang cukup tinggi antara tekanan

muatan dan air laut, karena hal tersebut akan

berakibat tegangan geser yang cukup tinggi

pada bagian konstruksi tersebut.

Daftar Pustaka

Hughes, F, O, Ship Structural Design, John Wiley

& Son, New York ,1983

IACS, Common Structural Rules for Double Hull

Oil Tanker, IACS, UK, 2006

RINA, Rules for the Classification of Ship, RINA,

Italy, 2010

Riyadi, S , Analisa Hull Girder pada Kapal Box

Shape Bulk Carrier (BSBC) 50.000 DWT

Menggunakan Metode Elemen Hingga,

ITS, Surabaya, 2006Zakky, Ahmad, Perkiraan Umur Konstruksi Kapal

dengan Analisa Fatigue: Study Kasus

pada Kapal Bulk Carrier 50.000 DWT,

ITS, Surabaya, 2008

www. mastil. co. uk

www.matweb.com

www. Wikipedia.com

Analisa Tegangan Geser

Documents

Transcript of Analisa Tegangan Geser