Analisa Umur Kelelahan Sambungan Kaki Jack-Up Dengan ... · Ketebalan pelat pada mudmat mulai dari...

Analisa Umur Kelelahan Sambungan Kaki Jack-Up Dengan Mudmat Pada Maleo MOPU Dengan Pendekatan Fracture Mechanics

Tugas Akhir (MO 091336)

Abi Latiful Hakim 4308 100 054

Dosen Pembimbing: 1. Prof. Dr. Ir. Eko B. Djatmiko, MSc.

2. Murdjito, MSc.Eng.

Jurusan Teknik Kelautan Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember 2012

Daftar Isi

Latar Belakang

Rumusan Masalah

Tujuan

Manfaat

Batasan Masalah

Dasar Teori

Analisis dan Pembahasan

Daftar Pustaka

Metodologi Penelitian

Latar Belakang

• Maleo MOPU, Maleo field • dibangun 1978 dengan nama Cliff’s10 Jack Up,

Beaumont Texas Yard • 2006 berubah fungsi pengeboran produksi

•Agustus 2010, ditemukan retakan pada sambungan antara mudmat dengan kaki jack-up, terutama pada gusset plate di kaki jack-up 1.

Latar Belakang (cont…)

• Posisi Gusset plate

Leg 1

Leg 2

Leg 3


• Posisi Gusset plate pada Leg 1

Rumusan Masalah

• Berapa nilai stress intensity factor pada sambungan kaki Jack-Up dengan mudmat?

• Kriteria apakah yang menentukan kegagalan retak fatigue, retak menembus ketebalan atau retak kritis?

• Berapa sisa umur sambungan tersebut?

Tujuan

• Untuk mengetahui nilai stress intensity factor pada sambungan kaki Jack-Up dengan mudmat.

• Untuk mengetahui kriteria kegagalan retak fatigue yang terjadi, akibat retak menembus kegagalan atau retak kritis.

• Mengetahui sisa umur sambungan tersebut.

Manfaat

Dari hasil analisa studi kasus ini diharapkan dapat diketahui stress intensity factor, arah perambatan retak yang terjadi, dan sisa umur pada sambungan kaki Jack-Up dengan mudmat. Data yang didapatkan dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan langkah selanjutnya untuk perbaikan.

Batasan Masalah

• Jenis struktur yang dianalisa adalah kaki Jack-Up dengan jumlah kaki 3.

• Footing kaki pada Jack-Up berupa mudmat berbentuk huruf “A”. • Analisa mengacu pada standar yang berlaku yaitu API RP2A WSD,

AISC 9th Ed., DNV-RP-C203, dan DNV-RP-C206. • Beban yang bekerja pada struktur adalah beban vertikal (beban

struktur sendiri dan peralatan) dan beban lateral (beban gelombang).

• Jenis retak yang dianalisa adalah through thickness crack. • Studi kasus ini menggunakan pendekatan Linear Elastic Fracture

Mechanics (LEFM).

Metodologi Penelitian MULAI

(1) Studi Literatur

(2) Pengumpulan Data

(3) Pembuatan model global

(4)Pembuatan model lokal(joint leg dengan mudmat)

Validasi dengan hasil inspeksi letak crack

tidak

ya

Inspection

report

Agustus 2010

Leg member

forces

(5)Pembuatan model sub-lokal(joint leg dengan mudmat)

Tegangan di ujung retakan

A

Metodologi Penelitian

(6.1)Perhitungan Stress Intensity Factor (SIF)

Kecepatan Rambat Retak(6.2)Parameter

Retak

(7)Perhitungan Umur Struktur

Pembahasan

Selesai

A

Pengumpulan Data

Data Geometri Struktur

i. Mudmat

Mudmat Jack-Up ini seperti barge berbentuk huruf “A” dengan

ukuran 64 m × 51.82 m × 3 m.

Ketebalan pelat pada mudmat mulai dari 9.53 mm hingga 31.75 mm.

ii. Kaki Jack-Up

Berbentuk kolom silinder dengan OD 3.6 m.

Panjang kaki dari dasar mudmat 95.1 m (sebelum dikonversi) dan 86

m (setelah dikonversi)

Ketebalan bervarisai antara 28.58 mm hingga 76.2 mm.

Sambungan antara kaki dengan mudmat berupa gusset plate.

iii. Deck Jack-Up

Deck berbentuk menyerupai barge dengan ukuran panjang 53.6 m,

lebar 40.23 dan tinggi 6.1 m.

Konstruksi sama dengan mudmat.

Pengumpulan Data (cont…)

Konfigurasi Hull dan Mudmat


Upper main deck


Kondisi Geografis


Data Lingkungan

1 year - Operating

Condition

100 year - Extreme

Condition

(m) (m)

LAT (MSL) -1.38 -1.38

HAT (MSL) 1.29 1.29

MHWS (MSL) 1.05 1.05

Storm surge 0.03 0.13


Data Lingkungan

N NE E SE S SW W NW Total0.00 - 0.25 59.465.520 9.379.978 3.874.815 60.066.157 34.733.080 10.342.202 127.504.454 82.113.270 387.499.4760.25 - 0.50 14.283.890 513.755 2.029.626 9.092.393 1.528.540 166.812 54.896.494 21.702.054 104.213.5650.50 - 0.75 4.356.970 92.215 1.286.625 3.575.863 294.870 21.602 29.250.464 7.744.397 46.623.0060.75 - 1.00 1.241.450 28.665 882.656 1.685.476 80.150 8.732 16.232.044 3.353.191 23.512.3641.00 - 1.25 311.240 11.165 622.227 789.433 24.080 3.572 9.292.314 1.619.589 12.673.6001.25 - 1.50 75.370 3.605 437.276 348.101 9.260 1.812 5.404.954 814.908 7.095.2861.50 - 1.75 19.460 715 295.824 144.681 3.300 642 3.177.624 422.218 4.064.4641.75 - 2.00 6.180 1.932 197.203 57.810 1.410 820 1.876.944 221.077 2.363.3762.00 - 2.25 2.040 1.654 126.322 21.600 290 650 1.122.104 115.407 1.390.0672.25 - 2.50 900 1.376 79.225 7.950 293 310 675.864 58.487 824.4052.50 - 2.75 314 1.098 48.576 2.820 120 266 400.814 28.847 482.8552.75 - 3.00 104 820 29.030 1.180 103 222 250.114 14.317 295.8903.00 - 3.25 45 751 16.299 245 85 178 152.934 6.217 176.7543.25 - 3.50 10 683 9.913 10 50 134 93.964 2.957 107.7213.50 - 3.75 8 614 5.646 1 38 90 57.004 1.107 64.5083.75 - 4.00 5 546 3.008 20 70 35.174 865 39.6884.00 - 4.25 3 477 1.930 1 50 21.704 530 24.6954.25 - 4.50 1 409 1.683 28 13.110 380 15.6114.50 - 4.75 340 1.435 10 7.914 203 9.9024.75 - 5.00 286 1.188 8 4.984 25 6.4915.00 - 5.25 232 940 6 3.214 13 4.4055.25 - 5.50 178 820 3 2.134 1 3.1365.50 - 5.75 124 700 1 1.414 2.2395.75 - 6.00 70 580 854 1.5046.00 - 6.25 53 460 484 9976.25 - 6.50 36 340 312 6886.50 - 6.75 15 220 164 3996.75 - 7.00 7 100 131 2387.00 - 7.25 1 83 116 2007.25 - 7.50 65 92 1577.50 - 7.75 47 68 1157.75 - 8.00 30 44 748.00 - .25 19 20 39

8.25 - 8.50 10 15 258.50 - 8.75 6 10 168.75 - 9.00 1 7 89.00 - 9.25 4 49.25 - 9.50 1 1

Total 79.763.510 10.041.800 9.954.928 75.793.720 36.675.690 10.548.220 250.480.060 118.220.060 591.497.969

Wave Height (m)

Number of Occurance of Individual Waves


Arah pembebanan Lingkungan

TO WEST

LEG 1

N


Data Retakan

Pemodelan Global

Pemodelan Global

El (-) 56.501

El (+) 14.531

El (+) 19.560

El (+) 25.618

El (+) 29.701

El (-) 53.415

Pemodelan Global

Basic Load

LOAD CASE NO. JENIS BEBAN

100 SELFWEIGHT

310 UPPERDECK

320 TOPSIDE JACK HOUSE

330 MISCELLANEOUS TOPSIDE STEEL

340 EQUIPMENT

350 HELIDECK

400 PERPIPAAN

500 HIDUP

600 RISERS AND J-TUBE

700 CRANE

710 AKOMODASI

Pemodelan Global

Basic Load 902 WAVE H = 0.25 m AT 270 DEG (TO WEST)

903 WAVE H = 0.5 m AT 270 DEG (TO WEST)


905 WAVE H = 1 m AT 270 DEG (TO WEST)


907 WAVE H = 1.5 AT 270 DEG (TO WEST)

908 WAVE H = 1.75 AT 270 DEG (TO WEST)











Pemodelan Global

Basic Load 919 WAVE H = 4.5 m AT 270 DEG (TO WEST)





















Pemodelan Global

Combine Load LOAD LABEL KETERANGAN

1001 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur

1002 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 0.25 m



1005 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 1 m














Pemodelan Global

Combine Load 1019 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 4.5 m





















Output Running Global

End Member Force Leg 1

MEMBER NUMBER

Member end GROUP ID LOAD

CASE FORCE (X)

FORCE

(Y) FORCE (Z) MOMENT

(X) MOMENT (Y) MOMENT

(Z)

KN KN-M

10P3-10P1 10P1 LG2 1001 -13584,06 402,84 -993,48 -10,05 -12506,25 3272,68

1002 -13580,02 406,97 -982 -9,84 -12396,6 3417,52

1003 -13575,98 411,1 -970,49 -9,62 -12286,89 3562,53

1004 -13571,94 415,24 -958,96 -9,4 -12177,06 3707,81

1005 -13567,87 419,41 -947,35 -9,18 -12066,6 3854,01

1006 -13563,84 423,54 -935,84 -8,97 -11957,16 3998,96

1007 -13559,79 427,7 -924,24 -8,75 -11847,12 4144,8

1008 -13555,74 431,85 -912,66 -8,53 -11737,32 4290,43

1009 -13551,64 436,06 -900,89 -8,31 -11625,85 4438,37

1010 -13547,6 440,21 -889,31 -8,09 -11516,32 4583,84

1011 -13543,57 444,36 -877,71 -7,87 -11406,84 4729,36

1012 -13539,53 448,51 -866,11 -7,66 -11297,39 4874,95

1013 -13535,5 452,66 -854,49 -7,44 -11187,99 5020,59

1014 -13531,46 456,81 -842,87 -7,22 -11078,65 5166,25

1015 -13526,91 461,43 -828,84 -6,98 -10952,09 5328,4

1016 -13522,92 465,54 -817,25 -6,76 -10843,73 5472,58

1017 -13518,83 469,75 -805,36 -6,54 -10732,75 5620,37

1018 -13514,75 473,96 -793,47 -6,32 -10621,92 5768,11

Output Running Global

End Member Force Leg 1

MEMBER

NUMBER

Member end GROUP ID LOAD CASE FORCE (X) FORCE (Y) FORCE (Z) MOMENT

(X) MOMENT

(Y) MOMENT

(Z)

KN KN-M

10P3-10P1 10P1 LG2 1019 -13510,77 478,06 -781,88 -6,11 -10514,03 5912,06

1020 -13506,69 482,27 -770 -5,88 -10403,55 6059,6

1021 -13502,72 486,36 -758,42 -5,67 -10296,04 6203,32

1022 -13498,66 490,56 -746,54 -5,45 -10186 6350,57

1023 -13494,7 494,65 -734,98 -5,24 -10078,93 6493,97

1024 -13490,65 498,83 -723,12 -5,02 -9969,37 6640,83

1025 -13486,7 502,9 -711,58 -4,8 -9862,83 6783,79

1026 -13482,77 506,97 -700,05 -4,59 -9756,57 6926,52

1027 -13478,84 511,03 -688,53 -4,37 -9650,64 7068,95

1028 -13473,98 515,93 -672,62 -4,12 -9513,88 7240,97

1029 -13470,01 520,04 -660,9 -3,9 -9406,8 7384,89

1030 -13466,05 524,13 -649,21 -3,69 -9300,11 7528,47

1031 -13462,2 528,11 -637,84 -3,48 -9196,52 7668,05

1032 -13458,26 532,18 -626,19 -3,26 -9090,61 7810,95

1033 -13454,43 536,14 -614,88 -3,06 -8987,81 7949,82

1034 -13450,52 540,18 -603,29 -2,84 -8882,78 8091,92

1035 -13446,71 544,12 -592,04 -2,64 -8780,96 8229,89

1036 -13442,92 548,04 -580,82 -2,43 -8679,64 8367,38

1037 -13437,95 553,02 -563,99 -2,17 -8539,42 8542,29

1038 -13434,12 556,97 -552,61 -1,96 -8437,25 8681

1039 -13430,31 560,91 -541,27 -1,76 -8335,67 8819,17

Pemodelan Lokal

1

X

Y

Z

MODEL JOINT LEG MUDMAT

JUL 2 2012

04:07:17

ELEMENTS

REAL NUM

Pemodelan Sub-Lokal

1

JUL 2 2012

05:14:06

ELEMENTS

1

JUL 2 2012

05:14:26

ELEMENTS

Perhitungan Parameter keretakan

Gambar di atas adalah gambar 3 mode keretakan. Dalam Studi kasus kali ini menggunakan batasan bahwa mode retakan yang terjadi adalah moda 1

1 2 3


Menurut Almar-Naess (1985), tegangan dan displasemen pada

setiap titik dekat dengan retakan dapat diturunkan berdasar

teori elastisitas dan fungsi kompleks tegangan. Tegangan elastis

dekat titik retakan (r/a<<1) untuk moda I adalah:

]

23sin

2sin1[

2cos

2

r

KIy

]2

3sin2

sin1[2

cos2

r

KIx

]2

3cos2

cos2

sin2

r

KIxy

Perhitungan Kecepatan perambatan keretakan

Masing-masing kombinasi pembebanan akan menghasilkan

nilai K.

Dari selisih nilai K akan didapatkan nilai ΔK

Dari nilai ΔK inilah didapatkan nilai dari dA/dN

da/dN = C (ΔK)m

• C dan m didapatkan dari jenis material • Material yang digunakan dalam Tugas Akhir ini yaitu

ASTM A514

Perhitungan Umur Kelelahan Struktur

Hasil perhitungan perambatan retak ini umumnya ditunjukkan sebagai umur kelelahan dari struktur yang ditinjau. Dengan memberikan masukan berupa besar retak awal dan retak akhir akan diketahui jumlah batas siklus yang masih aman dengan mengintegralkan persamaan laju keretakan berikut (Almar-Naess,1985):

dimana : da : pertambahan panjang retak dN : pertambahan jumlah cycle dari beban af : panjang retak setelah pembebanan ao : panjang retak pada waktu permulaan


Analisis Pemodelan Global

Beban-beban yang diinputkan dalam pemodelan global ini yaitu beban-beban yang bekerja pada struktur jack-up baik itu beban mati, beban hidup, maupun beban lingkungan.

Analisa pada setiap element menggunakan standard WSD AISC 9th dan API 21st. Dalam pembebanan model global ini digunakan 39 beban kombinasi disesuaikan dengan tinggi gelombang yang terjadi



Dari masing-masing beban kombinasi akan didapatkan gaya dan momen di setiap kaki jack-up. Berdasarkan hasil laporan inspeksi diketahui bahwa keretakan terbesar terjadi pada leg 1, oleh karena itu untuk analisa selanjutnya yang ditinjau hanyalah leg 1. Hasil running pemodelan global yang akan digunakan sebagai data input dalam analisa selanjutnya (analisa lokal) yaitu member forces.



MEMBER NUMBER

Member end

GROUP ID

LOAD CASE

FORCE

(X) FORCE (Y)

FORCE (Z) MOMENT (X)

MOMENT (Y)

MOMENT (Z)

KN KN-M

10P3-10P1 10P1 LG2 1001 -13584,06 402,84 -993,48 -10,05 -12506,25 3272,68

1002 -13580,02 406,97 -982 -9,84 -12396,6 3417,52

1003 -13575,98 411,1 -970,49 -9,62 -12286,89 3562,53

1004 -13571,94 415,24 -958,96 -9,4 -12177,06 3707,81

1005 -13567,87 419,41 -947,35 -9,18 -12066,6 3854,01

1006 -13563,84 423,54 -935,84 -8,97 -11957,16 3998,96

1007 -13559,79 427,7 -924,24 -8,75 -11847,12 4144,8

1008 -13555,74 431,85 -912,66 -8,53 -11737,32 4290,43

1009 -13551,64 436,06 -900,89 -8,31 -11625,85 4438,37

1010 -13547,6 440,21 -889,31 -8,09 -11516,32 4583,84

1011 -13543,57 444,36 -877,71 -7,87 -11406,84 4729,36

1012 -13539,53 448,51 -866,11 -7,66 -11297,39 4874,95

1013 -13535,5 452,66 -854,49 -7,44 -11187,99 5020,59

1014 -13531,46 456,81 -842,87 -7,22 -11078,65 5166,25

1015 -13526,91 461,43 -828,84 -6,98 -10952,09 5328,4



1016 -13522,92 465,54 -817,25 -6,76 -10843,73 5472,58

1017 -13518,83 469,75 -805,36 -6,54 -10732,75 5620,37

1018 -13514,75 473,96 -793,47 -6,32 -10621,92 5768,11

1019 -13510,77 478,06 -781,88 -6,11 -10514,03 5912,06

1020 -13506,69 482,27 -770 -5,88 -10403,55 6059,6

1021 -13502,72 486,36 -758,42 -5,67 -10296,04 6203,32

1022 -13498,66 490,56 -746,54 -5,45 -10186 6350,57

1023 -13494,7 494,65 -734,98 -5,24 -10078,93 6493,97

1024 -13490,65 498,83 -723,12 -5,02 -9969,37 6640,83

1025 -13486,7 502,9 -711,58 -4,8 -9862,83 6783,79

1026 -13482,77 506,97 -700,05 -4,59 -9756,57 6926,52

1027 -13478,84 511,03 -688,53 -4,37 -9650,64 7068,95

1028 -13473,98 515,93 -672,62 -4,12 -9513,88 7240,97

1029 -13470,01 520,04 -660,9 -3,9 -9406,8 7384,89

1030 -13466,05 524,13 -649,21 -3,69 -9300,11 7528,47



1031 -13462,2 528,11 -637,84 -3,48 -9196,52 7668,05

1032 -13458,26 532,18 -626,19 -3,26 -9090,61 7810,95

1033 -13454,43 536,14 -614,88 -3,06 -8987,81 7949,82

1034 -13450,52 540,18 -603,29 -2,84 -8882,78 8091,92

1035 -13446,71 544,12 -592,04 -2,64 -8780,96 8229,89

1036 -13442,92 548,04 -580,82 -2,43 -8679,64 8367,38

1037 -13437,95 553,02 -563,99 -2,17 -8539,42 8542,29

1038 -13434,12 556,97 -552,61 -1,96 -8437,25 8681

1039 -13430,31 560,91 -541,27 -1,76 -8335,67 8819,17


Analisis Pemodelan Lokal Leg 1

Pada pemodelan lokal ini dibatasi hanya bagian sambungan antara kaki jack-up dengan mudmat, dan juga gusest plate yang menghubungkan keduanya. Pemodelan ini menggunakan meshing sensivity 0.07 m.

1

MN

MX

X

Y

Z


.0027395878

1175517633

2351029388

3526541143

48979

JUL 2 2012

05:31:08

NODAL SOLUTION

STEP=1

SUB =1

TIME=1

SEQV (AVG)

DMX =.757E-06

SMN =.002739

SMX =48979

Dengan memasukkan hasil output pemodelan global yang didapatkan dari SACS 5.2 sebagai input pemodelan lokal ini, didapatkan besarnya tegangan yang terjadi dan konsentrasi tegangan tersebut pada model.


Analisis Pemodelan Lokal Leg 1

1

MX


.0027395878

1175517633

2351029388

3526541143

48979

JUL 2 2012

05:33:04

NODAL SOLUTION

STEP=1

SUB =1

TIME=1

SEQV (AVG)

DMX =.757E-06

SMN =.002739

SMX =48979

Berdasarkan hasil pemodelan lokal, diketahui bahwa tegangan maksimum yang terjadi terdapat di sambungan antara gusset dengan kaki. Hal ini sesuai dengan laporan inspeksi yang menyebutkan bahwa retakan terjadi pada gusset 1H seperti yang tampak pada gambar.


Analisis Pemodelan Sub-Lokal Leg 1

Pemodelan sub-lokal ini menggunakan ANSYS 12.0 seperti Gambar 4.4 yang tampak di bawah ini. Pemodelan sub-lokal ini memodelkan retakan dengan meshing sensivity 0.002 m dan 0.001 m pada daerah sekitar retakan

1

JUL 2 2012

05:14:26

ELEMENTS



Geometri retak pada pemodelan lokal ini sesuai dengan laporan inspeksi seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.6 (Laporan TA) yakni: Panjang retak (L) = 267 mm Kedalaman retak (D) = 28.3 mm Lebar retak (W) = 2 mm


Analisis Pemodelan Sub-Lokal Leg 1 1

39864100

6881

39883986

68756875

3986

68766876

3986

68776877

398668786878 3986

68796879

3986

68806880

3986

6881

6888

6881

4100 4098

39903988

6875

68826882

6875

6876

68836883

6876

6877

68846884

6877

687868856885 6878

6879

68866886

6879

6880

68876887

6880

6881

6888

39923990

6882

6893

6888

4098 4096

6894

3992

6893

6894

4096

68936893

68826882

68836883

6884

6894

6888

6894

6887

68886886

6887

6886

50422

6885

6886

50422

50423

6884

6885

50423

50424

6884

504245042450424

5042350423

50422

50424

50422

JUL 2 2012

05:58:03

ELEMENTS



Untuk menghitung nilai Stress Intensity Factor (SIF) diperlukan data geometri setiap node di sekitar ujung retakan (crack tip). Dengan memperhatikan sistem koordinat di sekitar ujung retakan seperti yang ditunjukkan pada gambar sebelumnya, didapatkan data geometri dari node-node tersebut (Tabel di bawah ini).

DIST DX (ND2-ND1) DY (ND2-ND1) DZ (ND2-ND1) r tan θ θ' θ(m) (m) (m) (m) (m) (°) (°)

3986 6875 2.00E-03 1.38E-03 -1.45E-03 0 2.00E-03 -9.48E-01 -43.482 133.482

6876 2.00E-03 -3.53E-05 -2.00E-03 0 2.00E-03 5.66E+01 88.988 88.988

6877 2.00E-03 -1.43E-03 -1.40E-03 0 2.00E-03 9.82E-01 44.494 44.494

6878 2.00E-03 -2.00E-03 -1.80E-13 0 2.00E-03 8.98E-11 0.000 0.000

6879 2.00E-03 -1.43E-03 1.40E-03 0 2.00E-03 -9.82E-01 -44.494 44.494

6880 2.00E-03 -3.53E-05 2.00E-03 0 2.00E-03 -5.66E+01 -88.988 88.988

6881 2.00E-03 1.38E-03 1.45E-03 0 2.00E-03 9.48E-01 43.482 133.482

6882 3.50E-03 2.41E-03 -2.54E-03 0 3.50E-03 -9.48E-01 -43.482 133.482

6883 3.50E-03 -6.18E-05 -3.50E-03 0 3.50E-03 5.66E+01 88.988 88.988

6884 3.50E-03 -2.50E-03 -2.45E-03 0 3.50E-03 9.82E-01 44.494 44.494

6885 3.50E-03 -3.50E-03 -3.14E-13 0 3.50E-03 8.98E-11 0.000 0.000

6886 3.50E-03 -2.50E-03 2.45E-03 0 3.50E-03 -9.82E-01 -44.494 44.494

6887 3.50E-03 -6.18E-05 3.50E-03 0 3.50E-03 -5.66E+01 -88.988 88.988

6888 3.50E-03 2.41E-03 2.54E-03 0 3.50E-03 9.48E-01 43.482 133.482

crack tip

node

node around

crack tip


Analisis Pemodelan Sub-Lokal Leg 1 Dengan memasukkan hasil output pemodelan global yang didapatkan dari SACS 5.2 sebagai input pemodelan retak ini, didapatkan besarnya tegangan yang terjadi di setiap node di sekitar ujung retakan. Tegangan yang terdapat di setiap node pada tiap load case dapat ditampilkan dalam bentuk grafik sebagai berikut



Berdasarkan grafik sebelumnya terlihat bahwa node – node yang semakin mendekati ujung retakan memiliki tegangan yang terjadi semakin besar. Secara visualisasi tampak seperti gambar di samping.

1

MX

-708592

.971E+07.201E+08

.305E+08.410E+08

.514E+08.618E+08

.722E+08.826E+08

.931E+08

JUL 2 2012

08:12:23

NODAL SOLUTION

SUB =1

TIME=1

S1 (AVG)

DMX =5514

SMN =-708592

SMX =.931E+08


Analisis Pemodelan Sub-Lokal Leg 1 1

39864100

6881

39883986

68756875

3986

68766876

3986

68776877

398668786878 3986

68796879

3986

68806880

3986

6881

6888

6881

41004098

39903988

6875

68826882

6875

6876

68836883

6876

6877

68846884

6877

687868856885 6878

6879

68866886

6879

6880

68876887

6880

6881

6888

39923990

6882

6893

6888

40984096

6894

3992

6893

6894

4096

69036903

1089610896

6893

1090510905

6893

68826882

68836883

6884

1089610896

1090510905

69036894

6903

68886894

6887

6888

6886

6887

6886

6885

6886

6884

6885

50424

6884

50424504245042450424

MX

-708592

.971E+07.201E+08

.305E+08.410E+08

.514E+08.618E+08

.722E+08.826E+08

.931E+08

JUL 2 2012

08:11:41

NODAL SOLUTION

SUB =1

TIME=1

S1 (AVG)

DMX =5514

SMN =-708592

SMX =.931E+08


Perhitungan SIF


Kecepatan Perambatan Retak

Perhitungan Range Stress Intensity Factor (ΔK)

(ΔK) = Kmaks-Kmin

Parameter Keretakan

C = 0.66 x 10-8 m = 2.25

Kecepatan Rambat Retak

da/dN = C (ΔK)m


LOAD CASE K ΔK da/dN

MPa.√m MPa.√m ([C.ΔK]^m)

1001 7177.72 0.000 0

1002 7245.50 67.774 5.17439E-15

1003 7313.80 136.076 2.48302E-14

1004 7382.70 204.977 6.24181E-14

1005 7452.61 274.888 1.20802E-13

1006 7522.31 344.590 2.00866E-13

1007 7593.01 415.288 3.05675E-13

1008 7664.05 486.324 4.36071E-13

1009 7736.74 559.016 5.96593E-13

1010 7808.78 631.061 7.83673E-13

1011 7881.37 703.650 1.00121E-12

1012 7954.53 776.809 1.25078E-12

1013 8028.23 850.508 1.53373E-12

1014 8102.54 924.815 1.85182E-12

1015 8193.86 1016.133 2.28883E-12

Analisis dan Pembahasan 1016 8269.08 1091.356 2.68781E-12

1017 8346.72 1168.993 3.13726E-12

1018 8424.85 1247.130 3.6289E-12

1019 8501.65 1323.932 4.15118E-12

1020 8580.95 1403.223 4.73161E-12

1021 8658.67 1480.950 5.34183E-12

1022 8739.00 1561.278 6.01595E-12

1023 8817.76 1640.040 6.72042E-12

1024 8899.11 1721.382 7.49373E-12

1025 8978.90 1801.177 8.29804E-12

1026 9059.17 1881.450 9.1534E-12

1027 9139.83 1962.107 1.006E-11

1028 9252.19 2074.466 1.14028E-11

1029 9335.66 2157.935 1.24612E-11

1030 9419.61 2241.888 1.35786E-11

1031 9501.72 2323.999 1.47233E-11

1032 9586.61 2408.891 1.59611E-11

1033 9669.66 2491.935 1.72259E-11

1034 9755.46 2577.740 1.85892E-11

1035 9839.48 2661.759 1.99804E-11

1036 9923.96 2746.235 2.14355E-11

1037 10048.78 2871.061 2.36902E-11

1038 10135.74 2958.017 2.53353E-11

1039 10220.83 3043.105 2.70045E-11


Berdasarkan tabel di atas dapat diketahui bahwa nilai ΔK maksimum terdapat pada selisih nilai K saat gelombang 9.5 m dengan gelombang 0.25 m. Nilai ΔK maksimum menghasilkan nilai kecepatan rambat retak (da/dN) maksimum pula. Dari tabel diketahui nilai perambatan retaknya yakni 2.70045E-11 m/cycle.


Perhitungan Umur Struktur

Kedalaman Retak Kritis (acr)

KIC = 85 ksi√inch (dari jenis material) = 3677.23 MPa. √m σmax = 39924.00 MPa

Dari perhitungan yang dilakukan didapatkan nilai acr sebesar 0.16321 m. Berdasarkan nilai acr dapat diketahui bahwa material tidak akan runtuh walaupun retak telah menembus ketebalan dindingnya. Jika nilai acr lebih kecil dari ketebalan kaki maka sebelum rambatan retak menembus ketebalan, struktur kaki tersebut sudah rutuh saat mencapai acr. Karena nilai acr lebih besar dari nilai ketebalan maka yang digunakan sebagai kriteria kegagalan retak fatigue adalah retak merambat hingga menembus ketebalan sesuai dengan DNV-OS-C101..



ai thickness (t) da/dN

(m) (m) n.t (m) (m/cycle ) cycle tahun

0.0283 0.0635 0.5t 0.03175 2.700.E-11 1.278.E+08 0.51

0.6t 0.03810 2.700.E-11 3.629.E+08 1.45

0.7t 0.04445 2.700.E-11 5.980.E+08 2.39

0.8t 0.05080 2.700.E-11 8.332.E+08 3.33

0.9t 0.05715 2.700.E-11 1.068.E+09 4.27

t 0.06350 2.700.E-11 1.303.E+09 5.20

Naf



0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06 0.065 0.07

Sis

a u

mu

r st

ruktu

r (t

ah

un

)

Kedalaman retak ,af (m)

Grafik hubungan kedalaman retak dengan sisa umur struktur



Material struktur ini cukup bagus karena memiliki acr lebih dari ketebalannya sehingga walaupun keretakan melampui ketebalannya struktur tersebut tidak pecah secara menyeluruh. Dalam istilah teknik disebut leak before break, hal ini bisa terjadi jika acr bernilai lebih besar dari ketebalan dari material tersebut. DNV-OS-C101 menyebutkan bahwa definisi kegagalan kelelahan terjadi ketika retak tumbuh hingga mencapai ketebalan. Berdasarkan aturan tersebut telah diketahui bahwa waktu yang diperlukan retak menjalar hingga menembus ketebalan kaki jack-up tersebut yakni 5.2 tahun. Jika terhitung mulai dari ditemukannya keretakan yakni inspeksi pada bulan Agustus 2010 , maka secara teoritis pada bulan Oktober 2015 retak sudah menembus ketebalan kaki jack-up.

Kesimpulan dan Saran

Kesimpulan 1. Nilai Stress Intensity Factor (SIF) dari kaki Jack-Up dengan

mudmat minimum (KI min) sebesar 7177.72 MPa√m dan nilai Stress Intensity Factor (SIF) dari kaki Jack-Up dengan mudmat maksimum (KI max) sebesar 10220.83 MPa√m.

2. Arah perambatan retak yang terjadi hingga melampui ketebalan dari leg karena nilai kedalaman retak kritis (acr) yang melebihi nilai ketebalan dari leg tersebut.

3. Sisa umur struktur ini dengan pendekatan Linear Elastic Fracture Mechanics didapatkan sebesar 5.2 tahun dengan asumsi retak menembus hingga ketebalan kaki jack-up. Jika terhitung mulai dari ditemukannya keretakan yakni inspeksi pada bulan Agustus 2010 , maka secara teoritis pada bulan Oktober 2015 retak sudah menembus ketebalan kaki jack-up

Kesimpulan dan Saran

Saran

Saran untuk penelitian lebih lanjut yakni dengan memperkecil asumsi – asumsi dan pendekatan yang digunakan dalam penelitian ini. Seperti contohnya moda retak yang digunakan dalam penelitian ini adalah moda retak I padahal dalam kenyataannya ada 3 moda retak.

Daftar Pustaka

American Institute of Steel Construction (AISC), 1989, Manual of Steel Construction – Allowable Stress design, 9th Ed. American Petroleum Institut, 2005, API RP 2A Recommended Practice for Planning, Designing, and Constructing Fixed Offshore Platforms-Working Stress Design, API Publishing Services, Washington D.C.. Barnby, J.T., 1971, An Introduction to Fracture Mechanics, The University of Aston, Birmingham. Barsom, J. M. dan Rolfe, S. T., 1987, “Fracture and Fatigue Control in Structures”, Application of Fracture Mechanic, Prentice Hall, Inc, Englewood Cliffs, New Jersey. Bennet, 2005, Jack Up Units, A Technical Primer For The Ofshore Industry Professional, Keppel FELS. Bhuyan, G.S., 1988, Fatigue Life Prediction of Offshore Tubular Joints Using a Linear Elastics Fracture Mechanics Approach, Butterworth & Co (Publishers) Ltd. Broek, D., 1987, Elementary Engineering Fracture Mechanics, Kluwer Academic Publishers, USA. Det Norske Veritas, 2004, DNV-OS-C101 Design of Offshore Steel Structures, General (LRFD Method), DNV, Norway. Det Norske Veritas, 2011, DNV-RP-C203 Fatigue Design of Offshore Steel Structure, DNV, Norway. Det Norske Veritas, 2010, DNV-RP-C206 Fatigue Methodology of Offshore Ships, DNV, Norway. Kobus, L.C.S., Fogal, R.W., dan Sacchi, E., 1989, “Jack-Up Conversion for Production”, Marine Structures 2, 193-211. Naess, A., 1985, “Fatigue Handbook Offshore Steel Structure”, Trondheim. PT. Reka Patria Ekaguna, 2004, Maleo Metocean Study Report, Doc.no. ASS001-S-REP-CS-001. PT. Singgar Mulia, 2011, Maleo MOPU Global In-Place Analysis, Doc.no. 9701-90-RPT-0002. Salvadori, A., dan Carini, A., 2011 “Minimum Theorems In Incremental Linear Elastic Fracture Mechanic”, International Journal of Solids and Structures 48, 1362–1369. Stoychev, S. dan Kujawski, D., 2008, “Crack-tip stresses and their effect on stress intensity factor for crack propagation”, Engineering Fracture Mechanics 75, 2469-2479. Varga, T., 1993, “Crack initiation, propagation and arrest criteria for steel structure safety assessment”, Structural Safety 12, 93-98.

Sekian dan Terimakasih

Analisa Umur Kelelahan Sambungan Kaki Jack-Up Dengan ... · Ketebalan pelat pada mudmat mulai dari...

Documents

Transcript of Analisa Umur Kelelahan Sambungan Kaki Jack-Up Dengan ... · Ketebalan pelat pada mudmat mulai dari...