Oleh:QUDHORY ANWAR RUDIN 4105 100 072
DOSEN PEMBIMBING :M. NURUL MISBACH. ST.MT
JUDUL “ANALISIS FATIGUE LIFE STRUKTUR KAPAL AKIBAT MISALIGNMENT PADA SAMBUNGAN PELAT’’
LATAR BELAKANG MASALAH :
Point 1.
Lima Kapal yang memiliki alas ganda dan lambung ganda dengan
kisaran payload 35.000 DWT untuk 188.000 DWT terdaftar retak.
Point 2.
Lebih dari 40% dari retakan kelelahan terjadi pada struktur kapal
yaitu diamati terjadi pada sisi kapal, lebih khusus lagi di sambungan
dari pembujur dan gading besar.
Point 3.
Kerusakan struktur kapal menjadi fatigue yang disebabkan oleh
berbagai pembebanan. Kelelahan bisa berkembang menjadi retak (
initial crack ), mengakibatkan kegagalan tak terduga (out of service)
2 © 2009 PTC
TUJUAN TUGAS AKHIR
POINT.1
POINT.2
3 © 2009 PTC
Mengetahui pengaruh dimensi pelat
terhadap perambatan retak dan fatigue life
dari material ketika kondisi pelat
misalignment.
Mengetahui stress intensity material dan
umur lelah di sekitar penyambungan pelat
yang mengalami misalignment.
BATASAN MASALAHCurrent Situation
Kapal yang dijadikan studi kasus adalah kapal Box
Shape Bulk Carrier 50.000 DWT dengan jenis BC-A.
Regulasi yang diterapkan mulai dari pemodelan FE
analisys hingga perhitungan fatigue adalah regulasi
Common Structural Rules untuk Bulk Carrier.
Cacat yang dianalisa adalah cacat permukaan semi
elliptical.
Analisa pemodelan retak tidak dipengaruhi oleh
suhu.
Analisa global yang dilakukan hanya sebatas untuk
mendapatkan nilai tegangan pada side shell.
Mode retak yang digunakan pada analisa adalah
mode opening yang hanya memperhitungkan gaya 4© 2009
•Studi kasus BSBC 50,000 DWT
•Regulasi menggunakan CSR.
•Crack pada permukaan retak
•Analisa hanya Mode I ( gaya aksial )
Crack in side shell
Original Model
:
PERUMUSAN MASALAHPoint 1.
Point 2.
5© 2009
Bagaimanakah cara menghitung umur lelah dengan initial
retak yang terjadi pada sisi kapal dengan menggunakan
regulasi Common Structural Rules untuk Bulk Carrier
dengan pemodelan menggunakan Finite Element Analysis?
Menganalisa kapal intensitas tegangan dan umur lelah
terjadi pada sambungan pelat dengan metode rumus
pendekatan persamaan Paris dan pemodelan
menggunakan Finite Element Analysis.
6© 2009
MANFAAT TUGAS AKHIR
Point 1.
• Mengetahui dan memahami proses pemodelan FE Analysis sesuai
dengan regulasi Common Structural Rules mulai dari aturan meshing
pada model, material properties, kondisi pembebanan dan kondisi
batas.
Point 2.
Mengetahui umur kelelahan side shell BSBC pada sambungan
alignment dan misalignment dengan adanya retak awal.
7© 2009
TUJUAN
Mengetahui stress intensity material dan umur
lelah di sekitar penyambungan pelat yang
mengalami misalignment.
Mengetahui pengaruh dimensi pelat terhadap
perambatan retak dan fatigue life dari material
ketika kondisi pelat misalignment.
8 © 2009 PTC
GAMBAR MIDSHIP SECTION ( SUMBER : PT.PAL INDONESIA, 2009 )
Lpp = 173 M H = 17.5 MLwL = 189 M T = 12.8 MB = 30.5 M Cb = 0.8 M
DATA KAPAL
9 © 2009 PTC
SUMBER : GENERAL ARRANGEMENT
( SUMBER : G.A. PT.PAL INDONESIA,2009 )
Lpp = 173 M H = 17.5 MLwL = 180 M T = 12.8 MB = 30.5 M Cb = 0.8 M
DATA KAPAL
TAHAP PEMODELAN STRUKTUR ANSYS….Highlights!
Forward Looking Information is Subject to Change © 2009 PTC10
Pemodelan Kapal 3 Ruang Muat
Penentuan Koordinat
Aplikasi Koordinat ke Ansys
Model Kapal 3 ruang muat dengan Bentuk Shell elemen
Boundary Condition ( Kondisi Batas )
Pembebanan ( Loading )
Model Simulation
Sub modeling Crack
Alignment plate and misalignment plate
Crack variation
Loading condition From Model Global Stress
Model Simulation
Konvergensi Model with Formula
12 © 2009 PTC
PEMBEBANAN ( LOADING CONDITION )
δzfix
δyδyx
δxfix
δyfix
Node pada bagian longitudinal
pada kedua ujung model
Translasi Rotasi
Dx Dy Dz Rx Ry Rz
Semua bagian longitudinal RL RL RL - - -
RL adalah bagian yang kaku yang tidak mengalami pengaruh luar
Lokasi Translasi Rotasi
Dx Dy Dz Rx Ry Rz
Independent point pada ujung
belakang
- fix fix - - -
Independent point pada ujung depan fix fix fix fix - -
13 © 2009 PTC
PEMBEBANAN ( LOADING CONDITION )
Total Pembebanan merupakan
akumulasi :
Beban Hydrostatic + Hydrodinamic.
Kondisi pembebanan full load untuk
nilai fatigue dipengaruhi kondisi load
case ( bentuk gelombang ) antara lain
adalah
1. H1,
2. R1,
3.dan P1,
Tegangan dalam model global keseluruhan ( vonmises ) telahmemenuhi persyaratan darimaksimum tegangan yang diijinkan dari suatu jenismaterial yang digunakan. Tegangan model global yang dimiliki dalam pembebanan H1 adalah kN/mm2
TEGANGAN MAKSIMUM PADA H1
14 © 2009 PTC
Hasil tegangan maksimum didaerah pelat sisi adalah dalamload case H1 adalahkN/mm2.
Tegangan dalam model global keseluruhan ( vonmises ) tidakmemenuhi persyaratan darimaksimum tegangan yang diijinkan dari suatu jenismaterial yang digunakan. Tegangan model global yang dimiliki dalam pembebanan H1 adalah kN/mm2
TEGANGAN MAKSIMUM PADA P1
15 © 2009 PTC
Hasil tegangan maksimum didaerah pelat sisi adalah dalamload case P1 adalahkN/mm2.
Tegangan dalam model global keseluruhan ( vonmises ) tidakmemenuhi persyaratan darimaksimum tegangan yang diijinkan dari suatu jenismaterial yang digunakan. Tegangan model global yang dimiliki dalam pembebanan H1 adalah kN/mm2
TEGANGAN MAKSIMUM PADA R1
16 © 2009 PTC
Hasil tegangan maksimum didaerah pelat sisi adalah dalamload case P1 adalahkN/mm2.
Forward Looking Information is Subject to Change © 2009 PTC17
DIMENSION CRACK
Dimensi pelatPanjang x Lebar x Tebal = 600 x 400 x 14 mm
Dimensi Retak
Retak yang akan dianalisa adalah jenis
semi circular. Artinya kedalaman (a) dan
lebar (c) retak sama besar.
Kedalaman retak tersebut akan divariasi
terhadap tebal pelat yaitu pada a/t
sebesar 0.05 dengan dimensi retak awal
a:0.5 mm, c:0.55 mm dengan
petambahan retak ke arah a dan c (da
dan dc) sebesar 0.5 mm.
Bentuk Pelat Alignment Misalignment, selisih pelat 3.2 mm
Forward Looking Information is Subject to Change © 2009 PTC18
RUMUS PERAMBATAN NEWMAN RAJU & PARIS EQUATION
PERSAMAAN PARIS ( Perambatan Retak )“
RUMUS NEWMAN – RAJU [ Faktor Intensitas Tegangan ]
nKCdnda )(
),,,/)(
bc
ta
caFQaHK btI
Forward Looking Information is Subject to Change © 2009 PTC19
J - INTEGRAL
Kesetaraan antara Kdengan Gc
PENGERTIAN J INTEGRAL
Integral J adalah suatu
pengukuran kinerja yang telah
dilakukan (elastis dan plastis) dari
penjalaran retak
Integral J dihitung pada saat
peluluhan retakan struktur
menggunakan model finite
element
Integral J berkarakteristik
terhadap regangan ujung retak
yang sesuai dengan penyebaran
retakan.
EKG c
cyc
20© 2009
Kedalaman retak dimulai dari:
a = 0.005 – 0.012 mm
Modulus Elastisitas :
( EX ) :2.06 × 10 7 N/m2
Stress Intensity Factor ( K1):
PlanPlan DevelopDevelop TestTest MaintainMaintain DeployDeploy OptimizeOptimize SupportSupport
Keterangan:
• J-integral
• Tabel Data J-integral Sambungan Misalignment
J – integral misalignment
No a J-Integral Modulus Elastisitas
Poison Rasio
SIF (K1) [(N*√cm)/cm2]
SIF (K1) [(MN*√m)/m2]
1 0.0050 4.12E‐03 2.07E+07 0.3 305.91 0.3062 0.0055 4.58E‐03 2.07E+07 0.3 322.79 0.3233 0.0060 5.07E‐03 2.07E+07 0.3 339.39 0.3394 0.0065 5.57E‐03 2.07E+07 0.3 355.82 0.3565 0.0070 6.09E‐03 2.07E+07 0.3 372.00 0.3726 0.0075 6.62E‐03 2.07E+07 0.3 388.05 0.3887 0.0080 7.18E‐03 2.07E+07 0.3 403.90 0.4048 0.0085 7.74E‐03 2.07E+07 0.3 419.53 0.4209 0.0090 8.34E‐03 2.07E+07 0.3 435.52 0.43610 0.0095 8.97E‐03 2.07E+07 0.3 451.66 0.45211 0.0100 9.60E‐03 2.07E+07 0.3 467.08 0.46712 0.0105 1.02E‐02 2.07E+07 0.3 482.48 0.48213 0.0110 1.09E‐02 2.07E+07 0.3 497.88 0.49814 0.0115 1.16E‐02 2.07E+07 0.3 513.25 0.51315 0.0120 1.23E‐02 2.07E+07 0.3 528.64 0.529
21© 2009
Kedalaman retak dimulai dari:
a = 0.005 – 0.012 m
Modulus Elastisitas :
( EX ) :2.06 × 10 11 N/m2
Stress Intensity Factor ( K1):
PlanPlan DevelopDevelop TestTest MaintainMaintain DeployDeploy OptimizeOptimize SupportSupport
Keterangan :
• J-integral
• Tabel Data J-integral Sambungan Misalignment
J – integral misalignment
No a J-Integral Modulus Elastisitas
Poison Rasio
SIF (K1) [(N*√cm)/cm2]
SIF (K1) [(MN*√m)/m2]
1 0.0050 1.48E‐02 2.07E+07 0.3 580.69 0.5812 0.0055 1.65E‐02 2.07E+07 0.3 611.76 0.6123 0.0060 1.84E‐02 2.07E+07 0.3 646.95 0.6474 0.0065 1.75E‐02 2.07E+07 0.3 630.71 0.6315 0.0070 1.92E‐02 2.07E+07 0.3 661.03 0.6616 0.0075 2.19E‐02 2.07E+07 0.3 706.30 0.7067 0.0080 2.27E‐02 2.07E+07 0.3 718.75 0.7198 0.0085 2.40E‐02 2.07E+07 0.3 738.05 0.7389 0.0090 2.38E‐02 2.07E+07 0.3 734.86 0.73510 0.0095 2.42E‐02 2.07E+07 0.3 741.88 0.74211 0.0100 2.39E‐02 2.07E+07 0.3 737.35 0.73712 0.0105 2.47E‐02 2.07E+07 0.3 749.80 0.75013 0.0110 2.55E‐02 2.07E+07 0.3 761.55 0.76214 0.0115 2.79E‐02 2.07E+07 0.3 795.96 0.79615 0.0120 3.12E‐02 2.07E+07 0.3 842.41 0.842
• Satu periode sagging-hogging di gelombang
dihitung dengan rumus sebagai berikut ;
[Bhattacharya, 1978]:
• Vw = Kecepatan gelombang = Lw/Tw
• V = Kecepatan kapal
Forward Looking Information is Subject to Change © 2009 PTC22
FATIGUE LIFE ( UMUR LELAH )
Te =7.632 detik
UV Pattern
cosWW
Ww VV
LT
cosVVL
TW
We
23© 2009
TAHAP PERMODELAN STRUKTUR DENGAN SOFTWARE ANSYS 11.0
Fatigue life 7.6323528885314885.
=28.105 tahun
24© 2009
TAHAP PERMODELAN STRUKTUR DENGAN SOFTWARE ANSYS 11.0
Fatigue life 7.63235
8251060086. = 7.96 tahun
25© 2009
TAHAP PERMODELAN STRUKTUR DENGAN SOFTWARE ANSYS 11.0
Fatigue life 7.63235
162940689 = 7.96 tahun
26© 2009
TAHAP PERMODELAN STRUKTUR DENGAN SOFTWARE ANSYS 11.0
Fatigue life 7.63235
162940689 = 7.96 tahun
Forward Looking Information is Subject to Change © 2009 PTC27
KESIMPULAN
POINT.1
• Daerah crack front material sebagai akibat adanya crack yang disimulasikan
dengan crack tip yang mempunyai alur elips.
POINT.2
• Perhitungan SIF numerik pada sambungan pelat alignment dengan kedalaman
retak 0.012 mm adalah 528.64 (MN√m)/m2, Sedangkan untuk sambungan pelat
misalignment dengan kedalaman retak 0.012 mm adalah 842.41 (MN√m)/m2.
POINT.3
Pada saat retak sambungan pelat alignment mencapai 0.012 mm umur kelelahan
struktur adalah 28.073 tahun, sedangkan pada pertambahan kedalaman retak pada
sambungan pelat misalignment mencapai 0.012 umur kelelahan struktur mm 7.96
tahun
SARAN
Forward Looking Information is Subject to Change © 2009 PTC28
Analisis Mode
Analisis umur kelelahan side shell setelahadanya crack hanya dilakukan pada
sehingga pembebananyang dilakukan hanya pembebanan aksial. Untuk itu perlu dilakukan pembebanan in-plane bending dan out-plane bending (mode II) karena retak pada struktur bisadiakibatkan oleh
pada struktur.
Variasi Retak :
Padahal jenis crack adabermacam-macam. Retaktengah menjalar
Retak tepi di satu sisiretak tepi di
Dalam perhitungan maupunmodel ANSYS , crack diasumsikan berupa
29 © 2009 PTC
• M. Cameron Weaven, Ship Hull Plating Weld Misalignment Effect When Subjected to Tension. B.S Mechanical Engineering California Polytechnic State University, 1986.
• Anderson, T., Fracture Mechanics fundamental and applications, Department of Mechanical engineering Texas A&M University College Station, Texas, second edition, 1995
• ANSYS, Inc., Structural Analysis Guide, ANSYS Release 11.0 Documentation, 2005
• Hobbacher,A. December 2008. Recommendations For Fatigue Design of Welded joints and Component. International Institute of Welding. Paris:France.
• IACS. 2006. "Joint Bulk Carrier Project". IACS Common Structural Rules for Bulk Carriers”. UK, 1 Januari 2006.: Biro Klasifikasi Indonesia.
• Friis Hansen ,P. & Winterstein t, S. R., October1994. “Fatigue Damage in the Side Shells of Ships”. Marine Structures 8 (1995) 631~555
Top Related