analisa keandalan flexible riser porch fpso belanak ... · diperoleh keandalan circumferrencial...

Jurnal Tugas Akhir

Analisa Keandalan Flexible Riser Porch FPSO Belanak Terhadap Kepecahan

Andie Kusuma S.

(1),Eko Budi Djatmiko

(2), Rudi Walujo Prastianto

(3)

1Mahasiswa Teknik Kelautan,

2,3Staf Pengajar Teknik Kelautan

FPSO Belanak memiliki 17 flexible riser dengan konektor berupa riser porch. Terjadinya crack pada

riser porch menyebabkan terjadinya fracture failure akibat perambatan retak dan dapat mengurangi

keandalan riser porch tersebut. Tujuan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui keandalan riser porch

pada FPSO Belanak pasca terjadinya crack. Software yang digunakan untuk analisa global adalah

MOSES dan Orcaflex untuk memperoleh tension, sedangkan analisa lokal menggunakan finite element

method dengan bantuan software ANSYS untuk memperoleh tegangan lokal. Untuk analisa keandalan

digunakan software minitab dengan menggunakan simulasi Monte Carlo. Hasil analisa global,

didapatkan tension maksimum berasal dari arah 450 dan tension minimum berasal dari arah 225

0 true

north dengan beban lingkungan 100-tahunan. Perambatan retak dinyatakan dengan a1, a2, a3, a4 dan

a5. Diperoleh tension maksimum terjadi pada R11 sebesar 165.66 kN. Initial crack dimodelkan

berbentuk elips sesuai standard DnV OS F201. Output ANSYS yang berupa tegangan dimasukkan ke

dalam persamaan SIF dan diperoleh SIF circumferrencial dan SIF thickness. Harga maksimum SIF

terjadi pada R2 yaitu sebesar 497.160 MPa√mm pada a1 dan meningkat menjadi 9075.347 MPa√mm

pada a5 untuk circumferrencial dan SIF thickness sebesar 255.6 MPa√mm pada a1 dan meningkat

menjadi 1310.807 MPa√mm pada a5. Keandalan dihitung terhadap terjadinya perambatan retak ke arah

thicknes dan circumferrencial. Diperoleh keandalan circumferrencial terkecil terjadi pada R2 yakni

sebesar 0.9994 pada a1, menjadi 0.1084 pada a5 dan keandalan thickness terkecil terjadi pada R4

sebesar 1.0 pada a1 hingga menjadi 0.4342 pada tahap a5. Kecepatan rambat (da/dN) dihitung dengan

metode Paris & Endorgan. Diperoleh umur kelelahan terkecil yaitu pada R2 dengan umur kelelahan

total sebesar 26.67 tahun. Semakin bertambahnya SIF seiring dengan pertambahan panjang retak

mengakibatkan semakin berkurangnya keandalan dan juga berkurangnya umur retakan

Kata kunci : Riser Porch, Monte carlo, crack, circumferrencial, keandalan

1. PENDAHULUAN

Daerah interface riser berupa riser porch

sangat kritis mengalami kelelahan (fatigue). Hal

ini juga berlaku pada flexible riser yang

mengalami beban hidrodinamis secara berulang

ulang (siklis). Untuk itu diperlukan analisa

untuk mengetahui berapa umur flexible riser

setelah terjadinya initial crack dengan

menggunakan metode fracture mechanics

(Kurniawan, 2009). Seperti halnya desain

struktur yang lainnya, riser porch yang telah

mengalami initial crack dipastikan akan

berkurang keandalannya. Sehingga diperlukan

kajian lanjutan untuk mengetahui keandalan

riser porch pasca mengalami initial crack.

Moda kegagalan didefinisikan sebagai

terjadinya crack propagation dan analisa

dilakukan pada seluruh riser porch. Hal ini

perlu dilakukan karena posisi tiap riser porch

mempengaruhi beban yang diterima masing-

masing riser porch.

Perhitungan yang dilakukan pada tugas akhir

ini meliputi analisa global struktur untuk

mendapatkan nilai tension pada riser porch.

Setelah itu dilakukan analisa lokal dengan input

nilai tension yang dihasilkan pada analisa

global. Output hasil analisa lokal digunakan

sebagai variabel random dalam perhitungan

Jurnal Tugas Akhir

keandalan riser porch. Keandalan riser porch

dihitung dengan menggunakan metode

montecarlo. Perhitungan dilakukan dengan

membuat model matematis dengan bantuan

software MOSES, ORCAFLEX untuk

mendapatkan nilai tension dan ANSYS 11

untuk analisa fracture mecahnics dan keandalan

riser porch.

2. DASAR TEORI

2.1 Konsep Pembebanan Pada Analisa

Global

Analisa fracture mechanics merupakan bentuk

analisa lokal dari sebuah struktur. Pembebanan

yang bekerja pada analisa ini adalah

pembebanan lokal yang diambil dari hasil

analisa global suatu suatu struktur secara

keseluruhan. Oleh karena itu dibutuhkan

pemahaman yang baik mengenai pembebanan

secara global bangunan lepas pantai.

Pada suatu proses perancangan bangunan lepas

pantai, untuk menentukan kemampuan kerja

suatu struktur akan dipengaruhi oleh beban

yang terjadi pada bangunan tersebut.. Menurut

Soedjono (1999) beban-beban yang harus

dipertimbangkan dalam perancangan bangunan

lepas pantai adalah sebagai berikut :

1. Beban mati (Dead Load)

Beban mati (dead load) adalah beban

dari komponen-komponan kering serta

beban-beban peralatan, perlengkapan

dan permesinan yang tidak berubah dari

mode operasi pada suatu struktur,

meliputi : berat struktur,berat peralatan

dari permesinan yang tidak digunakan

untuk pengeboran atau proses

pengeboran..

2. Beban hidup (Live Load)

Beban hidup adalah beban yang terjadi

pada bangunan lepas pantai selama

beroperasi dan bisa berubah dari mode

operasi satu ke mode operasi yang lain.

3. Beban akibat kecelakaan (Accidental

Load)

Beban kecelakaan merupakan beban

yang tidak dapat diduga sebelumnya

yang terjadi pada suatu bangunan lepas

pantai, misalnya tabrakan dengan kapal

pemandu operasi, putusnya tali tambat,

kebakaran, letusan.

4. Beban lingkungan (Environmetal Load)

Beban lingkungan adalah beban yang

terjadi karena dipengaruhi oleh

lingkungan dimana suatu bangunan

lepas pantai dioperasikan atau bekerja.

Beban lingkungan yang biasanya

digunakan dalam perancangan adalah :

a. Wave Drift Force

b. Beban angin

c. Beban arus

2.2 Retak Awal

Cacat (defect) pada struktur dapat bertindak

sebagai awal keretakan. Cacat pada struktur

berdasarkan asal terbentuknya dapat

dikategorikan menjadi dua kelompok

(Aulia,2005)

1. Cacat yang terbentuk selama masa

fabrikasi.:

2. Cacat yang terbentuk selama service

struktur

2.3 Perambatan retak (crack growth)

Perambatan retak disebabkan oleh mekanisme-

mekanisme sebagai berikut (Broek,1989):

a) Fatigue akibat beban siklis

b) Stress corrosion akibat menahan beban

yang ada

c) Mulur (creep)

d) Hydrogen pada material yang

menyebabkan keretakan

e) Liquid metal yang menyebabkan

keretakan

Perambatan retak dipengaruhi oleh parameter

stress intensity factor (K). Parameter ini

menunjukkan adanya perambatan retak akibat

medan tegangan dan regangan di sekitar ujung

Jurnal Tugas Akhir

retak. Nilai K tidak tergantung pada jenis

material dan koordinat terjadinya crack,

melainkan tergantung pada external load ( gaya

dari luar), external geometry, dan bentuk retak

(crack geometry). Nilai ini merupakan nilai

yang mewakili karakteristik pada retak (stress

singularities) (Almar Naess,1987)

2.4 Konsep Analisa Keandalan dalam

Perancangan

Keandalan sebuah komponen atau sistem

adalah peluang komponen atau sistem

tersebut untuk memenuhi tugas yang telah

ditetapkan tanpa mengalami kegagalan

selama kurun waktu tertentu apabila

dioperasikan dengan benar dalam

lingkungan tertentu. Rosyid, D.M, dan

Mukhtasor (2002). Dalam konsep

keandalan, suatu masalah akan didefinisikan

dalam hubungan permintaan dan

penyediaan, yang keduanya merupakan

variabel-variabel acak. Peluang terjadinya

kegagalan suatu rancangan, dimana

penyediaan (ketahanan atau kekuatan

sistem) tidak dapat memenuhi permintaan

(beban yang bekerja pada sistem). Ang,

H.S dan Tang, W.H (1985).

Pemakaian konsep analisa keandalan yang

didasarkan pada metode probabilistik telah

berkembang dan semakin penting

peranannya terutama untuk memecahkan

masalah- masalah dalam perancangan

praktis Baker dan Wyatt (1979).

Kecenderungan ini salah satunya

dikarenakan adanya kerusakan yang terjadi

pada sistem rekayasa yang disebabkan oleh

intraksi panas, beban statis maupun beban

dinamis dapat dijelaskan secara lebih baik

dengan konsep ini.

Dalam konsep ini perancang dapat

menggambarkan suatu sistem dengan segala

hal yang mempengaruhi atau mengakibatkan

kerusakan pada sistem tersebut misalnya

kondisi pembebanan, ketahanan struktur,

kondisi lingkungan yang lebih mendekati

keadaan yang sebenarnya karena melibatkan

aspek ketidakpastian dalam analisanya.

Dalam analisa keandalan sistem struktural

maka perlu untuk mendefinisikan

ketidakpastian yang diterima oleh struktur.

Cristenson dan Yoshida Murotshu (1985)

membagi ketidakpastian dalam 3 kelompok

yaitu :

1. Ketidakpastian fisik, adalah ketidakpastian

yang berhubungan dengan keragaman

(variability) fisik seperti : beban, sifat

material, dan ukuran material. Keragaman

fisik ini hanya bisa dinyatakan dalam data

sampel, dengan pertimbangan praktis dan

ekonomis.

2. Ketidakpastian statistical, adalah

ketidakpastian yang berhubungan dengan

data yang dibuat untuk membuat model

secara probabilistik dari berbagai

macam keragaman fisik diatas.

3. Ketidakpastian model, yaitu

ketidakpastian yang berhubungan dengan

tanggapan dari jenis struktur yang

dimodelkan secara matematis dalam

bentuk deterministik atau probabilistik.

Ketidakpastian yang terjadi disini

merupakan hasil dari penyederhanaan

dengan memakai bermacam-macam

asumsi, kondisi batas yang tidak

diketahui, dan sebagai hasil dari pengaruh

interaksi ketidakpastian yang tidak

tercakup dalam model

3.PEMODELAN GLOBAL STRUKTUR

3.1 Pemodelan dengan Maxsurf

Pemodelan dengan sofware Maxsurf ver. 9.6 ini

hanya bertujuan sebagai validasi pemodelan

FPSO yang akan dilakukan di Moses. FPSO

dimodelkan sebagai vessel yang mempunyai

bagian simetris dibagian bow dan stern tanpa

propeller. Input yang digunakan untuk

pemodelan Maxsurf adalah dimensi-dimensi

utama yang didapat dari gambar lines plan.

Kemudian pada Maxsurf, didetailkan section,

buttock, dan waterline serta memasukkan

Jurnal Tugas Akhir

dimensinya untuk tiap section hingga terbentuk

surface hull dari FPSO Belanak. Dan untuk

mendapatkan model yang mendekati kondisi

kenyataannya maka perlu diinputkan nilai Cb,

Cp, dan Cm dari FPSO Belanak pada menu

parametric transformation.

Gambar 1. Lines plan FPSO Belanak

Gamabar 2. Pemodelan FPSO Belanak pada

Maxsurf

3.2 Pemodelan pada software MOSES

Pemodelan ini bertujuan untuk mendapatkan

wave drift dan RAO motion dari FPSO belanak.

Dengan parameter desain utama yang

dikonversi dari pemodelan Maxsurf, maka

dilakukan pemodelan dengan menentukan titik

untuk setiap plane. Untuk pemodelan dan

perhitungan hidrostatis, dilakukan dengan

MOSES 7.0, sedangkan untuk perhitungan

hidrodinamis, digunakan MOSES 6.0. Adapun

hasil pemodelan MOSES 7 adalah sebagai

berikut sebagai berikut :

Gambar 3. Pemodelan pada Sftware MOSES

Pada pemodelan moses, FPSO dimodelkan

tanpa mooring dan flexible riser sehingga RAO

yang dihasilkan ini baru menunjukkan perilaku

FPSO pada saat keadaan free floating. Yang

harus diperhatikan adalah bahwa pembebanan

yang berlaku pada pemodelan moses ini

hanyalah beban pay load yang diwakili oleh

sarat air untuk kondisi gelombang 1 tahunan, 10

tahunan, dan 100 tahunan. Dalam pemodelan

moses ini syarat air yang dipakai adalah 14

meter dimana FPSO dalam keadaan ballast.

Gambar 4. grafik transfer function rotasional

arah 00 dan 180

0

RAO Rotasional

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0 0.5 1 1.5 2

Frekuensi (rad/sec)

RA

O (

m/m

)

Roll

Pitch

Yaw

Jurnal Tugas Akhir

Gambar 5. grafik transfer function translasi

arah 00 dan 180

0


arah 450 dan 225

0

Gambar 7. grafik transfer function rotasi arah

450 dan 225

0

Gambar 8 grafik transfer function translasi

arah 900 dan 270

0


900 dan 270

0


1350 dan 315

0

RAO Translasi

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 0.5 1 1.5 2

Frekuensi (rad/sec)

RA

O (

m/m

)

surge

sway

heave

RAO Translasi

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.5 1 1.5 2

Frekuensi (Rad/sec)

RA

O (

m/m

)

surge

Sway

heave

RAO Rotasional

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.5 1 1.5 2

Frekuensi (rad/sec)

RA

O (

m/m

)

Roll

Pitch

Yaw

RAO Translasi

0

0.5

1

1.5

2

0 0.5 1 1.5 2

Frekuensi (rad/sec)

RA

O (

m/m

)

Surge

Sway

Heave

RAO Rotasional

0

0.5

1

1.5

2

0 0.5 1 1.5 2

Frekuensi (rad/sec)

RA

O (

m/m

)

Roll

Pitch

Yaw

RAO Rotasional

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.5 1 1.5 2

Frekuensi (rad/sec)

RA

O (

m/m

)

Roll

Pitch

Yaw

Jurnal Tugas Akhir


arah 1350 dan 315

0

3.3 Pemodelan pada Software Orcaflex

Pada pemodelan MOSES tidak disertakan

flexible riser dan sistem spread mooring,

sehingga dilakukan pemodelan ulang untuk

analisa statis dan dinamis. Tujuan utama dari

pemodelan ini adalah untuk mendapatkan nilai

tension pada riser porch flexible riser.

Titik-titik pada MOSES ditransformasikan pada

koordinat ORCAFLEX. Kemudian titik-titik

tersebut akan dihubungkan berupa garis garis

yang kemudian akan membentuk hull FPSO.

Setelah itu memasukkan output hasil running

MOSES 6 berupa wave drift dan RAO motion

untuk masing-masing arah.

Flexible riser dimodelkan menggunakan line

dengan ujung A fixed di vessel dan ujung B

fixed di seabed. Selain itu vessel ditambatkan

ke seabed dengan 12 spread mooring sesuai

dengan konfigurasi yang disyaratkan.

Analisa statis dilakukan dengan input beban

gelombang paling ekstrim yaitu pada kondisi

gelombang 100 tahunan yang bekerja pada

syarat 14 m (ballasted). Dimana pada sarat ini

flexible riser bekerja pada keadaan paling kritis

. Yang kemudian dicari nilai tension terbesar

yang bekerja pada ujung A dari flexible riser.

Gambar 13. Pemodelan pada Software Orcaflex

Tabel 1. Tension maks pada riser porch

R1 R2 R3

Total Force (kN) 176.02 175.98 169.39

End Tension (kN) -163.17 -163.15 -159.77

End Shear Force (kN) 66.01 65.97 56.28

Total Moment (kN.m) 45.49 45.49 45.84

End Bend Moment (kN.m) 45.49 45.49 45.84

Force (kN) 176.02 175.98 169.39

Ex -13.4 -13.63 -9.87

Ey 64.21 64.12 54.98

Ez -163.34 -163.32 -159.92


(lanjutan)

R4 R5 R6 R7 R8

169.36 159.29 169.35 169.35 159.36

-159.76 -148.96 -159.79 -159.79 -149.04

56.2 56.42 56.09 56.09 56.4

45.84 45.51 45.85 45.85 45.51

45.84 45.51 45.85 45.85 45.51

169.36 159.29 169.35 169.35 159.36

-10.41 -12.16 -11.99 -12.1 -13.84

54.81 54.7 54.37 54.34 54.28

-159.91 -149.11 -159.93 -159.94 -149.19

RAO Translasi

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.5 1 1.5 2

Frekuensi (rad/sec)

RA

O (

m/m

)

Surge

Sway

Heave

Jurnal Tugas Akhir


(lanjutan)

R9 R10 R11 R12 R13

159.37 181.11 181.12 175.88 169.36

-149.05 -170.69 -170.7 -163.09 -159.76

56.4 60.55 60.56 65.83 56.2

45.51 45.82 45.82 45.5 45.84

45.51 45.82 45.82 45.5 45.84

159.37 181.11 181.12 175.88 169.36

-13.95 -14.71 -14.83 -14.57 -10.45

54.25 58.28 58.26 63.77 54.8

-149.2 -170.84 -170.86 -163.26 -159.9


(lanjutan)

R14 R15 R16 R17

169.36 175.78 159.29 169.35

-159.76 -163.05 -148.97 -159.79

56.2 65.69 56.39 56.09

45.84 45.51 45.51 45.85

45.84 45.51 45.51 45.85

169.36 175.78 159.29 169.35

-10.42 -16.1 -12.76 -12.06

54.81 63.25 54.53 54.35

-159.91 -163.22 -149.12 -159.94

Tabel 2. Tension Minimum pada riser porch

R1 R2 R3

Total Force (kN) 160.1 160.06 154.09

End Tension (kN) -148.33 -148.3 -144.8

End Shear Force (kN) 60.27 60.22 52.7

Total Moment (kN.m) 44.78 44.78 44.74

End Bend Moment (kN.m) 44.78 44.78 44.74

Force (kN) 160.1 160.06 154.09

Ex -11.39 -11.58 -8.55

Ey 58.8 58.71 51.63

Ez -148.48 -148.45 -144.93


(lanjutan)


(lanjutan)

R9 R10 R11 R12 R13

143.1 165.63 165.66 159.9 153.99

-133.64 -155.51 -155.54 -148.2 -144.73

51.16 57.02 57.03 60.06 52.6

44.84 44.77 44.77 44.8 44.75

44.84 44.77 44.77 44.8 44.75

143.1 165.63 165.66 159.9 153.99

-11.77 -12.94 -13.05 -12.4 -9.05

49.43 55.12 55.11 58.37 51.43

-133.78 -155.66 -155.68 -148.35 -144.86


(lanjutan)

R14 R15 R16 R17

153.99 159.79 142.97 153.94

-144.73 -148.14 -133.51 -144.72

52.6 59.9 51.13 52.46

44.75 44.81 44.84 44.76

44.75 44.81 44.84 44.76

153.99 159.79 142.97 153.94

-9.03 -13.76 -10.73 -10.47

51.44 57.91 49.64 51.03

-144.87 -148.29 -133.64 -144.85

R4 R5 R6 R7 R8

154 142.97 153.93 153.94 143.08

-144.73 -133.5 -144.71 -144.72 -133.62

52.6 51.17 52.47 52.46 51.15

44.75 44.84 44.76 44.76 44.84

44.75 44.84 44.76 44.76 44.84

154 142.97 153.93 153.94 143.08

-9.02 -10.21 -10.4 -10.51 -11.67

51.45 49.79 51.04 51.02 49.45

-144.87 -133.64 -144.85 -144.86 -133.76

Jurnal Tugas Akhir

3.4 Pemodelan pada Software ANSYS

Riser porch dimodelkan sesuai dengan dimensi

dan materialnya. Berikut data material riser

porch:

Klasifikasi : High Carbon Steel

Tipe material : ASTM A 694 grade F60

Tegangan ijin : 415 Mpa

Modulus Young : 210 Mpa

Poisson ratio : 0.29

Gambar 14. Pemodelan riser porch pada

ANSYS

Retak awal diasumsikan berbentuk elliptis yang

akan dimodelkan sesuai dengan standart code

dari DNV OS F201 sebagai berikut

Kedalaman retak : 0.1 mm

Panjang retak : 5 mm

Tebal retak : 1 mm

Retak awal diletakkan pada daerah yang

memiliki konsentrasi tegangan yang besar

Gambar 15. Pemodelan retak elpitis

Pembebanan diberikan pada arah x,y,dan z

sesuai dengan output tension pada orcaflex.

Gambar 15. Pembebanan pada riser porch

Jurnal Tugas Akhir

Gambar 16. Tegangan maksimum pada ujung

crack

3.5 Perhitungan Stress Intensity Factor

Stress Intensity Factor dihitung pada 2 posisi,

yaitu pada kedalaman crack (thickness) dan

circumferencial crack. Untuk SIF arah

circumferencial dihitung dengan persamaan:

f(a/W)

(a/W) h/W =

1 h/W = tak hingga

0 1.12 1.12

0.2 1.37 1.21

0.4 2.11 1.35

0.5 2.83 1.46

Dengan a : ½ panjang crack (mm)

W : Keliling riser (mm)

h : lebar riser (mm)

Tabel 3. SIF arah circumferensial untuk

beberapa retakan.

a (mm) σ (Mpa) SIF(Mpa√mm)

R1 2.5 145.04 455.342

45 158.68 2113.532

90 159 2995.013

135 159.47 6271.291

180 160.09 7861.956

R2 2.5 158.36 497.16

45 158.52 2111.401

90 158.83 2991.811

135 159.31 3675.279

180 159.93 9075.347

R3 2.5 75.121 235.837

16 98.582 782.957

51 122.2 1732.753

159.5 145.81 3656.352

275 169.43 5377.323


beberapa retakan (lanjutan)


R4 2.5 74.945 235.284

16 98.54 782.624

51 122.15 1732.044

159.5 145.75 3654.847

275 169.35 5374.784

R5 2.5 97.267 305.363

26.5 113.07 1155.715

67 128.88 2094.61

159.5 144.68 3762.018

275 158.55 5248.908

R6 2.5 74.879 235.077

16 98.466 782.036

51 122.05 1730.626

159.5 145.64 3652.089

275 169.23 5370.975

R7 2.5 74.877 235.071

16 98.464 782.02

51 122.05 1730.626

159.5 145.64 3652.089

275 169.22 5370.658

R8 2.5 97.08 304.776

26.5 112.86 1157.913

67 128.63 2090.547

159.5 144.41 3754.998

275 158.24 5659.608

R9 2.5 97.072 304.75

26.5 112.85 1153.466

67 128.62 2090.385

159.5 144.39 3754.478

275 158.23 5659.25

R10 2.5 78.781 247.327

29 103.6 822.811

83.5 128.41 1820.809

152 153.23 3842.417

306 178.04 5650.585

R11 2.5 78.783 247.333

29 103.6 1107.743

83.5 128.42 2330.002

152 153.23 3750.99

306 178.05 5656.429

aW

afK I

Jurnal Tugas Akhir


beberapa retakan (lanjutan)


R12 2.5 157.71 495.119

45 157.87 2102.743

90 158.18 2979.567

135 158.66 3954.413

180 159.27 4583.718

R13 2.5 67.573 212.14

16 98.538 782.608

51 122.14 1731.902

159.5 145.75 3654.847

275 169.35 5374.784

R14 2.5 74.935 235.253

16 98.54 782.624

51 122.14 1731.902

159.5 145.75 3654.847

275 169.35 5374.784

R15 2.5 156.78 492.199

45 156.94 2090.356

90 157.25 2962.049

135 157.72 3930.985

180 158.33 4556.666

R16 2.5 97.186 305.108

26.5 112.98 1154.795

67 128.77 2092.823

159.5 144.56 3758.898

275 158.41 5665.688

R17 2.5 68.504 215.063

16 98.464 782.02

51 122.05 1730.626

159.5 145.64 3652.089

275 115.65 3670.468

Untuk SIF arah thickness digunakan rumus

(a/W) f(a/W)

0.1 1.044

0.2 1.055

0.3 1.125

0.4 1.257

0.5 1.5

0.6 1.915

Dengan a : Kedalaman crack (mm)

W : Tebal specimen yang mengalami

crack (mm)

Tabel 4. SIF arah Thickness untuk beberapa

retakan.

a (mm) σ (Mpa)

SIF (Mpa√ mm)

R1 0.1 126.55 74.56365

8 138.4 724.5092

14 138.68 986.9903

19 139.09 1211.396

22.21 139.63 1312.405

R2 0.1 138.1 81.36895

8 138.23 723.6193

14 138.51 985.7804

19 138.93 1210.002

22.21 139.46 1310.807

R3 0.1 64.399 37.94409

5 84.475 349.6037

15 104.71 758.4877

25 124.95 1392.207

35 145.18 2283.991

R4 0.1 64.22 37.83862

5 84.443 349.4713

15 104.67 758.198

25 124.9 1391.65

35 145.13 2283.204

R5 0.1 73.27 43.17091

5 85.177 352.509

15 97.083 703.2401

25 108.99 1214.379

35 119.43 1878.889

R6 0.1 64.175 37.81211

5 84.39 349.2519

15 104.6 757.6909

25 124.82 1390.759

35 145.03 2281.631

R7 0.1 64.174 37.81152

5 84.388 349.2436

15 104.6 757.6909

25 124.82 1390.759

35 145.03 2281.631

aW

afK I

Jurnal Tugas Akhir


retakan (lanjutan)

a (mm) σ (Mpa)

SIF (Mpa√ mm)

R8 0.1 73.086 43.0625

5 84.963 351.6233

15 96.839 701.4726

25 108.72 1211.371

35 119.13 1874.169

R9 0.1 73.077 43.0572

5 84.952 351.5778

15 96.827 701.3857

25 108.7 1211.148

35 119.12 1874.012

R10 0.1 50.144 29.545

5 65.94 272.8957

15 81.735 592.0638

25 97.53 1086.69

35 113.33 1782.923

R11 0.1 50.145 29.54559

5 65.941 272.8999

15 81.736 592.071

25 97.532 1086.713

35 113.33 1782.923

R12 0.1 137.43 80.97418

8 137.56 720.1119

14 137.84 964.6151

19 138.25 1201.868

22.21 138.79 1304.51

R13 0.1 57.839 34.07892

5 84.441 349.463

15 104.67 758.198

25 124.9 1391.65

35 145.12 2283.047

R14 0.1 64.215 37.83568

5 84.443 349.4713

15 104.67 758.198

25 124.9 1391.65

35 145.13 2283.204

R15 0.1 136.45 80.39677

8 136.59 715.034

14 136.86 957.757

19 137.27 1193.348

22.21 137.8 1295.204


retakan (lanjutan)

a (mm) σ (Mpa)

SIF (Mpa√ mm)

R16 0.1 73.194 43.12613

5 85.088 352.1406

15 96.982 702.5084

25 108.88 1213.153

35 119.31 1877.001

R17 0.1 58.717 34.59624

5 84.389 349.2478

15 104.6 757.6909

25 124.82 1390.759

35 145.03 2281.631

3.6 Perhitungan Keandalan Riser Porch

Keandalan dihitung dengan simulasi

Montecarlo dibantu dengan software minitab

untuk menentukan distribusi variable random.

Keandalan riser porch dibagi menjadi 2, yaitu:

keandalan terhadap perambatan retak

circumferencial dan keandalan terhadap retak

thickness. Berikut mode kegagalan terhadap

perambatan retak thickness:

m

at

EC

dN

da KKKK

67308160

7.0)2(2

minminmax

2

max

Dan moda kegagalan terhadap perambatan

retak circumferencial:

m

akell

EC

dN

da KKKK

67308160

27.0)2(2

minminmax

2

max

Dengan a: Panjang retak

Kmax = SIF maksimum

Kmin = SIF minimum

C = 6.9 x 103 (konstanta material)

Jurnal Tugas Akhir

m = 3 (konstanta material)

E = Modulus Young (210 x 106 Pa)

Dari software minitab diperoleh output berupa

distribusi variable random, sebagai berikut:

Tabel 5. Distribusi SIF untuk retakan arah

circumferencial

Riser Distribusi

R1 Weibull

R2 Weibull

R3 Log normal

R4 Log normal

R5 Log normal

R6 Log normal

R7 Log normal

R8 Log normal

R9 Log normal

R10 Log normal

R11 Log normal

R12 Weibull

R13 Log normal

R14 Log normal

R15 Weibull

R16 Log normal

R17 Log normal

Tabel 6. Distribusi SIF untuk retakan arah

Thickness.

Riser Distribusi

R1 Log normal

R2 Log normal

R3 3-parameter Weibull


R5 2-parameter eksponensial





R10 normal

R11 normal

R12 Log normal



R15 Log normal



Dari hasil simulasi montecarlo diperoleh

keandalan masing riser porch untuk tiap-tiap

terjadinya perambatan retak. Perambatan retak

disimbolkan dengan huruf a1, a2, a3, a4 dan a5.

Tabel 7. keandalan riser porch terhadap

parambatan retak circumferencial

a1 a2 a3 a4 a5

R1 0.9997 0.7354 0.5875 0.2909 0.0620

R2 0.9994 0.7262 0.5382 0.4287 0.1085

R3 0.9999 0.9983 0.8722 0.5303 0.1133

R4 0.9999 0.9983 0.8734 0.5331 0.1493

R5 0.9999 0.9382 0.7179 0.4348 0.2874

R6 0.9999 0.9984 0.8723 0.5304 0.1133

R7 0.9999 0.9849 0.8682 0.5388 0.1137

R8 0.9999 0.9394 0.7224 0.4284 0.2794

R9 0.9999 0.9395 0.7225 0.4284 0.2796

R10 0.9999 0.9986 0.8819 0.5239 0.1130

R11 0.9999 0.9857 0.7817 0.5532 0.3606

R12 0.9997 0.7259 0.5380 0.4285 0.1084

R13 0.9999 0.9982 0.8721 0.5303 0.1134

R14 0.9999 0.9822 0.8888 0.5406 0.1135

R15 0.9995 0.7257 0.5379 0.4284 0.1089

R16 0.9999 0.9390 0.7221 0.4282 0.2793

R17 0.9999 0.9984 0.8723 0.5304 0.1138

Tabel 8. keandalan riser porch terhadap

parambatan retak thickness.

a1 a2 a3 a4 a5

R1 1 0.9982 0.9672 0.8995 0.8550

R2 1 0.9621 0.9016 0.8331 0.7923

R3 1 0.9998 0.9438 0.7150 0.4366

R4 1 0.9999 0.9459 0.7151 0.4342

R5 1 0.9999 0.9968 0.9296 0.7177

R6 1 0.9999 0.9489 0.7151 0.4366

R7 1 0.9999 0.9439 0.7155 0.4367

R8 1 0.9945 0.9564 0.8659 0.6877

R9 1 0.9946 0.9565 0.8660 0.6878

R10 1 0.9968 0.9617 0.9582 0.6888

R11 1 0.9968 0.9621 0.9455 0.6970

R12 1 0.9617 0.9013 0.8328 0.7920

R13 1 0.9997 0.9437 0.7149 0.4366

R14 1 0.9996 0.9437 0.7149 0.4363

R15 1 0.9615 0.9010 0.8326 0.7918

R16 1 0.9968 0.9560 0.8655 0.6874

R17 1 0.9999 0.9439 0.7151 0.4367

Jurnal Tugas Akhir

Probablity of failure R4

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 10 20 30 40

a (mm)

pro

bab

lity

of

fail

ure

probability of failure

thickness

Probability of failure

circumferencial

Gambar 16. probability of failure pada R4

Dari hasil dan analisa diatas, dari sini terlihat

bahwa keandalan riser porch semakin

berkurang seiring dengan pertambahan panjang

retakan dan meskipun jauh lebih tipis, dari sini

terlihat bahwa riser porch lebih tahan terhadap

peramabatan retak ke arah thickness daripada

circumferencial.

5. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Hasil analisa ORCAFLEX berupa nilai

tension global pada daerah interface antara

vessel dengan ujung riser, didapatkan

tension maksimum akibat beban pay load

dan occurence sebesar 181.12 KN yang

terjadi pada R11 dan tension minimum

terjadi pada R16 dan R5 yang sama-sama

memiliki tension sebesar 159.29 KN.

Sedangkan tension pada Riser porch yang

lain berada pada kisaran tension tersebut.

2. SIF ke arah circumferrencial maksimum

pada initial crack terjadi pada R2 sebesar

497.160 MPa√mm dan semakin meningkat

seiring dengan perambatan retak menjadi

9075.347 MPa√mm pada tahap perambatan

retak a5 pada posisi arah sumbu y local

(koordinat ANSYS) dan terletak pada ujung

crack. SIF ke arah thickness maksimum

pada initial crack juga terjadi pada R2

yakni sebesar 255.6 MPa√mm dan semakin

meningkat seiring dengan perambatan retak

menjadi 1310.807 MPa√mm pada tahap

perambatan retak a5. Semakin besar crack

yang terjadi semakin besar pula tegangan

pada ujung crack yang berakibat semakin

besar pula SIF dan menyebabkan semakin

bertambahnya kecepatan panjang retak.

3. Keandalan kepecahan pada arah

circumferrencial terkecil terjadi pada R2

yakni sebesar 0.9994 pada tahap

perambatan retak a1 dan terus menurun

menjadi 0.1084 pada tahap perambatan

retak a5. Hal ini sesuai dengan pernyataan

no.2 yakni R2 memiliki SIF ke arah

circumferrencial terbesar. Meskipun R2

juga memiliki SIF ke arah thickness

terbesar, namun keandalan kepecahan ke

arah thickness terkecil dimiliki oleh R4

yakni sebesar 1.0 pada tahap perambatan

retak a1 dan terus menurun menjadi 0.4342

pada tahap perambatan retak a5. Hal ini

dikarenakan tebal R4 hanya lebih besar 10

mm, namun keliling R4 dua kali dari

keliling R2. Sehingga R2 memiliki

keandalan kepecahan ke arah thickness

yang lebih baik.

4. Informasi lebih lanjut dari pengkajian yang

dilakukan ialah didapatkannya umur

kelelahan riser porch. Umur kelelahan

terkecil terjadi pada R2 sebesar 13.89 tahun

dari a1 ke a2, 8.2 tahun dari a2 ke a3, 2.45

tahun dari a3 ke a4 dan 2.13 tahun dari a4

ke a5. Sehingga umur kelelahan totalnya

adalah 26.67 tahun. Semakin bertambahnya

SIF seiring dengan pertambahan panjang

retak mengakibatkan semakin berkurangnya

keandalan dan juga berkurangnya umur

kelelahan.

5.2 Saran

1. Dalam perhitungan perambatan retak,

diasumsikan bahwa perambatan terjadi

simetris antara kiri dan kanan. Padahal

tegangan antara ujung-ujung retak tidaklah

sama. Sehingga diperlukan penelitian lebih

lanjut untuk perhitungan perambatan

retaknya.

2. Meskipun pembebanan yang bekerja adalah

gaya aksial serta bending ke arah x dan y,

Jurnal Tugas Akhir

namun analisa fracturer-mechanic hanya

dilakukan pada mode opening

3. Pada analisa lokal digunakan material

properties elastis. Sehingga model masih

berupa model elastis. Padahal terjadinya

crack pada riser porch adalah crack elasto-

plastis Oleh karena itu, perlu dilakukan

kajian lebih lanjut dengan menggunakan

model elasto-plastis.

Daftar Pustaka

Almar-Naess, A.Ed,1985 FATIGUE

HANDBOOK: Offshore Steel

Structure,Trondheim,Norway:Tapir

Publisher.

American Bureau of Shipping, 2003 Fatigue

Assessment of Offshore Structures, New

York

American Petroleum

Institute.2001.Recomended Practice for

Planing Riser.API RP

2RD.Washington:API Publising Service

Aulia.2005. Analisa Umur Kelelahan Turbular

Joint Tipe T dengan Retak Eliptis pada

Chord Menggunakan Metode Elastic

Plastic Fracture Mechanics.Tugas akhir:

Jurusan Teknik Kelautan.

Broek, David.1987. Elementary Engineering

Fracture Mechanics.Martinus Nijhoff

Publishers. Netherlands.

Chakrabarti, S.K2005.Offshore Structure

Analysis.Handbook of Offshore

Engineering vol 2.Oxford:Elsevier

Det Norske Veritas.2001.Dynamic Riser.DNV

OS-F201.Oslo Norway:DNV

Indiyono, P., 2004, “Hidrodinamika Bangunan

Lepas Pantai”, Surabaya: SIC

Kozak V.1997.crack effect on

fracture.International Conference on

structural mechanics :Lyon.

Kottegoda, N.T. and Rosso R.1998. Statistic,

Probability, and Reliability for civil and

enviromental Engineers. Mcgraw-Hill

Companies , Inc. Singapore

Kurniawan, M.F. 2009. Analisa Fatigue-

fracture Mechanic Flexible Riser Porch

FPSO Belanak. Tugas Akhir. Jurusan

Teknik Kelautan

Purnomo.2006. Pengaruh Riser Terhadap

Tegangan Pada Tendon Porch Akibat

Gerakan Tension Leg Platform (TLP).

Tugas Akhir. Jurusan Teknik Kelautan

Rosyid, D.M. 2007. PengantarRekayasa

Keandalan. Airlangga University Press.

Surabaya.

Styawan, D. 2009. Analisis Kelelahan Berbasis

Keandalan Pada FPSO Konversi Dari

Tanker. Tugas Akhir. Jurusan Teknik

Kelautan.

Yong Bai.2001. Subsea Pipeline and

Risers.Elsevier book series vol 3.Oxford :

Elsevier

analisa keandalan flexible riser porch fpso belanak ... · diperoleh keandalan circumferrencial...

Documents