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)
5/21/2018 Analisa Tegangan Geser
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 )
5/21/2018 Analisa Tegangan Geser
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 )
5/21/2018 Analisa Tegangan Geser
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 )
5/21/2018 Analisa Tegangan Geser
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 )
5/21/2018 Analisa Tegangan Geser
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.
5/21/2018 Analisa Tegangan Geser
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
5/21/2018 Analisa Tegangan Geser
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
5/21/2018 Analisa Tegangan Geser
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 3
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
Kondisi Pembebanan 1
5/21/2018 Analisa Tegangan Geser
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
Top Related