Analisa Umur Kelelahan Sambungan Kaki Jack-Up

Tugas Akhir (MO 091336)
Analisa Umur Kelelahan Sambungan Kaki Jack-Up
Dengan Mudmat Pada Maleo MOPU Dengan
Pendekatan Fracture Mechanics
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
Metodologi Penelitian
Analisis dan Pembahasan
Daftar Pustaka
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
Latar Belakang (cont…)
• Posisi Gusset plate
pada Leg 1
Latar Belakang (cont…)
Rumusan Masalah
•
•
•
Berapa nilai stress intensity factor pada sambungan kaki JackUp 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)
(3)
Pengumpulan
Data
Pembuatan model
global
Leg member
forces
(4)
Pembuatan model lokal
(joint leg dengan mudmat)
Inspection
report
Agustus 2010
Validasi dengan hasil
inspeksi letak crack
ya
(5)
Pembuatan model sub-lokal
(joint leg dengan mudmat)
Tegangan di ujung retakan
A
tidak
Metodologi Penelitian
A
(6.1)
Perhitungan Stress Intensity
Factor (SIF)
Kecepatan Rambat Retak
(7)
Perhitungan Umur Struktur
Pembahasan
Selesai
(6.2)
Parameter
Retak
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
Pengumpulan Data (cont…)
Upper main deck
Pengumpulan Data (cont…)
Kondisi Geografis
Pengumpulan Data (cont…)
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
Pengumpulan Data (cont…)
Data Lingkungan
Wave Height
(m) N
0.00 - 0.25 59.465.520
0.25 - 0.50 14.283.890
0.50 - 0.75 4.356.970
0.75 - 1.00 1.241.450
1.00 - 1.25 311.240
1.25 - 1.50 75.370
1.50 - 1.75 19.460
1.75 - 2.00 6.180
2.00 - 2.25 2.040
2.25 - 2.50 900
2.50 - 2.75 314
2.75 - 3.00 104
3.00 - 3.25 45
3.25 - 3.50 10
3.50 - 3.75 8
3.75 - 4.00 5
4.00 - 4.25 3
4.25 - 4.50 1
NE
9.379.978
513.755
92.215
28.665
11.165
3.605
715
1.932
1.654
1.376
1.098
820
751
683
614
546
477
409
Number of Occurance of Individual Waves
E
SE
S
SW
W
3.874.815 60.066.157 34.733.080 10.342.202 127.504.454
2.029.626 9.092.393 1.528.540 166.812
54.896.494
1.286.625 3.575.863 294.870
21.602
29.250.464
882.656
1.685.476 80.150
8.732
16.232.044
622.227
789.433
24.080
3.572
9.292.314
437.276
348.101
9.260
1.812
5.404.954
295.824
144.681
3.300
642
3.177.624
197.203
57.810
1.410
820
1.876.944
126.322
21.600
290
650
1.122.104
79.225
7.950
293
310
675.864
48.576
2.820
120
266
400.814
29.030
1.180
103
222
250.114
16.299
245
85
178
152.934
9.913
10
50
134
93.964
5.646
1
38
90
57.004
3.008
20
70
35.174
1.930
1
50
21.704
1.683
28
13.110
NW
82.113.270
21.702.054
7.744.397
3.353.191
1.619.589
814.908
422.218
221.077
115.407
58.487
28.847
14.317
6.217
2.957
1.107
865
530
380
Total
387.499.476
104.213.565
46.623.006
23.512.364
12.673.600
7.095.286
4.064.464
2.363.376
1.390.067
824.405
482.855
295.890
176.754
107.721
64.508
39.688
24.695
15.611
2.75 - 3.00 104
820
29.030
1.180
103
222
250.114
14.317
295.890
3.00 - 3.25 45
751
16.299
245
85
178
152.934
6.217
176.754
3.25 - 3.50 10
683
9.913
10
50
134
93.964
2.957
107.721
3.50 - 3.75 8
614
5.646
1
38
90
57.004
1.107
64.508
3.75 - 4.00 5
546
3.008
20
70
35.174
865
39.688
4.00 - 4.25 3
477
1.930
1
50
21.704
530
24.695
4.25Lingkungan
- 4.50 1
409
1.683
28
13.110
380
15.611
Data
4.50 - 4.75
340
1.435
10
7.914
203
9.902
4.75 - 5.00
286
1.188
8
4.984
25
6.491
5.00 - 5.25
232
940
6
3.214
13
4.405
5.25 - 5.50
178
820
3
2.134
1
3.136
5.50 - 5.75
124
700
1
1.414
2.239
5.75 - 6.00
70
580
854
1.504
6.00 - 6.25
53
460
484
997
6.25 - 6.50
36
340
312
688
6.50 - 6.75
15
220
164
399
6.75 - 7.00
7
100
131
238
7.00 - 7.25
1
83
116
200
7.25 - 7.50
65
92
157
7.50 - 7.75
47
68
115
7.75 - 8.00
30
44
74
8.00 - .25
19
20
39
8.25 - 8.50
10
15
25
8.50 - 8.75
6
10
16
8.75 - 9.00
1
7
8
9.00 - 9.25
4
4
9.25 - 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
Pengumpulan Data (cont…)
Pengumpulan Data (cont…)
Arah pembebanan Lingkungan
LEG 1
TO WEST
N
Pengumpulan Data (cont…)
Data Retakan
Pemodelan Global
Pemodelan Global
El (+) 25.618
El (+) 29.701
El (+) 19.560
El (+) 14.531
El (-) 53.415
El (-) 56.501
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)
904
WAVE H = 0.75 m AT 270 DEG (TO WEST)
905
WAVE H = 1 m AT 270 DEG (TO WEST)
906
WAVE H = 1.25 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)
909
WAVE H = 2 m AT 270 DEG (TO WEST)
910
WAVE H = 2.25 m AT 270 DEG (TO WEST)
911
WAVE H = 2.5 m AT 270 DEG (TO WEST)
912
WAVE H = 2.75 m AT 270 DEG (TO WEST)
913
WAVE H = 3 m AT 270 DEG (TO WEST)
914
WAVE H = 3.25 m AT 270 DEG (TO WEST)
915
WAVE H = 3.5 m AT 270 DEG (TO WEST)
916
WAVE H = 3.75 m AT 270 DEG (TO WEST)
917
WAVE H = 4 m AT 270 DEG (TO WEST)
918
WAVE H = 4.25 m AT 270 DEG (TO WEST)
Pemodelan Global
Basic Load
919
WAVE H = 4.5 m AT 270 DEG (TO WEST)
920
WAVE H = 4.75 m AT 270 DEG (TO WEST)
921
WAVE H = 5 m AT 270 DEG (TO WEST)
922
WAVE H = 5.25 m AT 270 DEG (TO WEST)
923
WAVE H = 5.5 m AT 270 DEG (TO WEST)
924
WAVE H = 5.75 m AT 270 DEG (TO WEST)
925
WAVE H = 6 m AT 270 DEG (TO WEST)
926
WAVE H = 6.25 m AT 270 DEG (TO WEST)
927
WAVE H = 6.5 m AT 270 DEG (TO WEST)
928
WAVE H = 6.75 m AT 270 DEG (TO WEST)
929
WAVE H = 7 m AT 270 DEG (TO WEST)
930
WAVE H = 7.25 m AT 270 DEG (TO WEST)
931
WAVE H = 7.5 m AT 270 DEG (TO WEST)
932
WAVE H = 7.75 m AT 270 DEG (TO WEST)
933
WAVE H = 8 m AT 270 DEG (TO WEST)
934
WAVE H = 8.25 m AT 270 DEG (TO WEST)
935
WAVE H = 8.5 m AT 270 DEG (TO WEST)
936
WAVE H = 8.75 m AT 270 DEG (TO WEST)
937
WAVE H = 9 m AT 270 DEG (TO WEST)
938
WAVE H = 9.25 m AT 270 DEG (TO WEST)
939
WAVE H = 9.5 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
1003
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 0.5 m
1004
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 0.75 m
1005
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 1 m
1006
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 1.25 m
1007
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 1.5 m
1008
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 1.75 m
1009
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 2 m
1010
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 2.25 m
1011
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 2.5 m
1012
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 2.75 m
1013
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 3 m
1014
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 3.25 m
1015
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 3.5 m
1016
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 3.75 m
1017
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 4 m
1018
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 4.25 m
Pemodelan Global
Combine Load
1019
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 4.5 m
1020
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 4.75 m
1021
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 5 m
1022
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 5.25 m
1023
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 5.5 m
1024
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 5.75 m
1025
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 6 m
1026
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 6.25 m
1027
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 6.5 m
1028
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 6.75 m
1029
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 7 m
1030
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 7.25 m
1031
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 7.5 m
1032
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 7.75 m
1033
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 8 m
1034
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 8.25 m
1035
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 8.5 m
1036
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 8.75 m
1037
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 9 m
1038
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 9.25 m
1039
Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 9.5 m
Output Running Global
End Member Force Leg 1
Member end GROUP ID
MEMBER NUMBER
10P3-10P1
10P1
LG2
LOAD
CASE
FORCE
FORCE (X) (Y)
MOMENT
FORCE (Z) (X)
KN
MOMENT
MOMENT (Y) (Z)
KN-M
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
MOMENT
Member
end
GROUP
ID
LOAD
CASE
FORCE
(X)
FORCE
(Y)
FORCE
(Z)
(X)
MEMBER
NUMBER
KN
10P3-10P1
10P1
LG2
1019
1020
1021
1022
1023
1024
1025
1026
1027
1028
1029
1030
1031
1032
1033
1034
1035
1036
1037
1038
1039
-13510,77
-13506,69
-13502,72
-13498,66
-13494,7
-13490,65
-13486,7
-13482,77
-13478,84
-13473,98
-13470,01
-13466,05
-13462,2
-13458,26
-13454,43
-13450,52
-13446,71
-13442,92
-13437,95
-13434,12
-13430,31
478,06
482,27
486,36
490,56
494,65
498,83
502,9
506,97
511,03
515,93
520,04
524,13
528,11
532,18
536,14
540,18
544,12
548,04
553,02
556,97
560,91
-781,88
-770
-758,42
-746,54
-734,98
-723,12
-711,58
-700,05
-688,53
-672,62
-660,9
-649,21
-637,84
-626,19
-614,88
-603,29
-592,04
-580,82
-563,99
-552,61
-541,27
-6,11
-5,88
-5,67
-5,45
-5,24
-5,02
-4,8
-4,59
-4,37
-4,12
-3,9
-3,69
-3,48
-3,26
-3,06
-2,84
-2,64
-2,43
-2,17
-1,96
-1,76
MOMENT
(Y)
KN-M
-10514,03
-10403,55
-10296,04
-10186
-10078,93
-9969,37
-9862,83
-9756,57
-9650,64
-9513,88
-9406,8
-9300,11
-9196,52
-9090,61
-8987,81
-8882,78
-8780,96
-8679,64
-8539,42
-8437,25
-8335,67
MOMENT
(Z)
5912,06
6059,6
6203,32
6350,57
6493,97
6640,83
6783,79
6926,52
7068,95
7240,97
7384,89
7528,47
7668,05
7810,95
7949,82
8091,92
8229,89
8367,38
8542,29
8681
8819,17
Pemodelan Lokal
1
ELEMENTS
JUL 2 2012
04:07:17
REAL NUM
Y
Z
MODEL JOINT LEG MUDMAT
X
Pemodelan Sub-Lokal
1
ELEMENTS
JUL 2 2012
05:14:06
1
ELEMENTS
JUL 2 2012
05:14:26
Perhitungan Parameter keretakan
1
2
3
Gambar di atas adalah gambar 3 mode keretakan.
Dalam Studi kasus kali ini menggunakan batasan
bahwa mode retakan yang terjadi adalah moda 1
Perhitungan Parameter keretakan
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:


3
cos [1  sin sin ]
2
2
2
2r
y 
KI
x 
KI
xy 


3
cos [1  sin sin ]
2
2
2
2r
KI
2r
sin

2
cos

2
cos
3
]
2
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 Parameter keretakan
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
dN
af
ao
:
: pertambahan panjang retak
: pertambahan jumlah cycle dari beban
: panjang retak setelah pembebanan
: panjang retak pada waktu permulaan
Analisis dan Pembahasan
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
Analisis dan Pembahasan
Analisis Pemodelan Global
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.
Analisis dan Pembahasan
Analisis Pemodelan Global
MEMBER
NUMBER
Member
end
GROUP
ID
10P3-10P1
10P1
LG2
LOAD
CASE
FORCE
(X)
FORCE
(Y)
FORCE (Z)
MOMENT
(X)
KN
MOMENT
(Y)
MOMENT
(Z)
KN-M
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
Analisis dan Pembahasan
Analisis Pemodelan Global
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
Analisis dan Pembahasan
Analisis Pemodelan Global
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 dan Pembahasan
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
NODAL SOLUTION
MN
STEP=1
SUB =1
TIME=1
SEQV
(AVG)
DMX =.757E-06
SMN =.002739
SMX =48979
JUL 2 2012
05:31:08
MX
Y
Z
.002739
5878
MODEL JOINT LEG MUDMAT
11755
17633
X
23510
29388
35265
41143
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 dan Pembahasan
Analisis Pemodelan Lokal Leg 1
1
NODAL SOLUTION
JUL 2 2012
05:33:04
STEP=1
SUB =1
TIME=1
SEQV
(AVG)
DMX =.757E-06
SMN =.002739
SMX =48979
MX
.002739
5878
MODEL JOINT LEG MUDMAT
11755
17633
23510
29388
35265
41143
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 dan Pembahasan
Analisis Pemodelan Sub-Lokal Leg 1
1
ELEMENTS
JUL 2 2012
05:14:26
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
Analisis dan Pembahasan
Analisis Pemodelan Sub-Lokal Leg 1
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 dan Pembahasan
Analisis Pemodelan Sub-Lokal Leg 1
1
6887
ELEMENTS
JUL 2 2012
05:58:03
6888
6886
6894
50422
6880
6881
6879
6885
6878
4100
3988
3986
50423
6877
4098
3990
4096
3992
6875
6876
6893
6884
6882
50424
6883
Analisis dan Pembahasan
Analisis Pemodelan Sub-Lokal Leg 1
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).
crack tip node around
crack tip
node
3986
6875
6876
6877
6878
6879
6880
6881
6882
6883
6884
6885
6886
6887
6888
DIST
DX (ND2-ND1) DY (ND2-ND1) DZ (ND2-ND1)
(m)
(m)
(m)
(m)
2.00E-03
1.38E-03
-1.45E-03
0
2.00E-03
-3.53E-05
-2.00E-03
0
2.00E-03
-1.43E-03
-1.40E-03
0
2.00E-03
-2.00E-03
-1.80E-13
0
2.00E-03
-1.43E-03
1.40E-03
0
2.00E-03
-3.53E-05
2.00E-03
0
2.00E-03
1.38E-03
1.45E-03
0
3.50E-03
2.41E-03
-2.54E-03
0
3.50E-03
-6.18E-05
-3.50E-03
0
3.50E-03
-2.50E-03
-2.45E-03
0
3.50E-03
-3.50E-03
-3.14E-13
0
3.50E-03
-2.50E-03
2.45E-03
0
3.50E-03
-6.18E-05
3.50E-03
0
3.50E-03
2.41E-03
2.54E-03
0
r
(m)
2.00E-03
2.00E-03
2.00E-03
2.00E-03
2.00E-03
2.00E-03
2.00E-03
3.50E-03
3.50E-03
3.50E-03
3.50E-03
3.50E-03
3.50E-03
3.50E-03
tan θ
-9.48E-01
5.66E+01
9.82E-01
8.98E-11
-9.82E-01
-5.66E+01
9.48E-01
-9.48E-01
5.66E+01
9.82E-01
8.98E-11
-9.82E-01
-5.66E+01
9.48E-01
θ'
(°)
-43.482
88.988
44.494
0.000
-44.494
-88.988
43.482
-43.482
88.988
44.494
0.000
-44.494
-88.988
43.482
θ
(°)
133.482
88.988
44.494
0.000
44.494
88.988
133.482
133.482
88.988
44.494
0.000
44.494
88.988
133.482
Analisis dan Pembahasan
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
Analisis dan Pembahasan
Analisis Pemodelan Sub-Lokal Leg 1
1
NODAL SOLUTION
JUL 2 2012
08:12:23
SUB =1
TIME=1
S1
(AVG)
DMX =5514
SMN =-708592
SMX =.931E+08
MX
-708592
.971E+07
.201E+08
.305E+08
.410E+08
.514E+08
.618E+08
.722E+08
.826E+08
.931E+08
Berdasarkan
grafik
terlihat
sebelumnya
bahwa node – node yang
semakin mendekati ujung
retakan
memiliki
tegangan yang terjadi
semakin besar. Secara
visualisasi tampak seperti
gambar di samping.
Analisis dan Pembahasan
Analisis Pemodelan Sub-Lokal Leg 1
1
NODAL SOLUTION
SUB =1
TIME=1
S1
(AVG)
DMX =5514
SMN =-708592
SMX =.931E+08
6887
JUL 2 2012
08:11:41
6888
6894
6886
6903
6880
6881
6879
3986
MX
6878
6885
4100
6877
3988
4098
4096
3990
3992
6875
6876
6893
6884
6882
50424
6883
-708592
.971E+07
.201E+08
.305E+08
.410E+08
.514E+08
.618E+08
.826E+08
.722E+08 10905
10896
.931E+08
Analisis dan Pembahasan
Perhitungan SIF
Analisis dan Pembahasan
Kecepatan Perambatan Retak
Perhitungan Range Stress Intensity Factor (ΔK)
(ΔK) = Kmaks-Kmin
Parameter Keretakan
C
m
= 0.66 x 10-8
= 2.25
Kecepatan Rambat Retak
da/dN = C (ΔK)m
Analisis dan Pembahasan
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
1017
1018
1019
1020
1021
1022
1023
1024
1025
1026
1027
1028
1029
1030
1031
1032
1033
1034
1035
1036
1037
1038
1039
8269.08
8346.72
8424.85
8501.65
8580.95
8658.67
8739.00
8817.76
8899.11
8978.90
9059.17
9139.83
9252.19
9335.66
9419.61
9501.72
9586.61
9669.66
9755.46
9839.48
9923.96
10048.78
10135.74
10220.83
1091.356
1168.993
1247.130
1323.932
1403.223
1480.950
1561.278
1640.040
1721.382
1801.177
1881.450
1962.107
2074.466
2157.935
2241.888
2323.999
2408.891
2491.935
2577.740
2661.759
2746.235
2871.061
2958.017
3043.105
2.68781E-12
3.13726E-12
3.6289E-12
4.15118E-12
4.73161E-12
5.34183E-12
6.01595E-12
6.72042E-12
7.49373E-12
8.29804E-12
9.1534E-12
1.006E-11
1.14028E-11
1.24612E-11
1.35786E-11
1.47233E-11
1.59611E-11
1.72259E-11
1.85892E-11
1.99804E-11
2.14355E-11
2.36902E-11
2.53353E-11
2.70045E-11
Analisis dan Pembahasan
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.
Analisis dan Pembahasan
Analisis dan Pembahasan
Perhitungan Umur Struktur
Kedalaman Retak Kritis (acr)
KIC
σmax
= 85 ksi√inch (dari jenis material)
= 3677.23 MPa. √m
= 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..
Analisis dan Pembahasan
Perhitungan Umur Struktur
ai thickness (t)
(m)
(m)
0.0283
0.0635
af
n.t
0.5t
0.6t
0.7t
0.8t
0.9t
t
(m)
0.03175
0.03810
0.04445
0.05080
0.05715
0.06350
da/dN
(m/cycle)
2.700.E-11
2.700.E-11
2.700.E-11
2.700.E-11
2.700.E-11
2.700.E-11
N
cycle
1.278.E+08
3.629.E+08
5.980.E+08
8.332.E+08
1.068.E+09
1.303.E+09
tahun
0.51
1.45
2.39
3.33
4.27
5.20
Analisis dan Pembahasan
Perhitungan Umur Struktur
Grafik hubungan kedalaman retak dengan sisa umur struktur
6.00
Sisa umur struktur (tahun)
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
0.00
0.03
0.035
0.04
0.045
0.05
0.055
Kedalaman retak ,af (m)
0.06
0.065
0.07
Analisis dan Pembahasan
Perhitungan 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