Embed Size (px)
Citation preview
CAESAR II TRAINING
Page 1
Table of Contents
6. STATIC ANALYSIS ............................................................................................. 2
6.1 Static dan Dynamic Load .............................................................................. 2
6.2 Basic Refference Data & Formula ................................................................. 7
6.3 Static Output Report .................................................................................... 10
6.4 3D - Plot ...................................................................................................... 11
6.5 Stress Result Analyze ................................................................................. 12
7. PIPELNE BURRIED MODELLING .................................................................... 14
7.1 Soil Modeller ............................................................................................... 14
7.2 Contoh Kasus pada “Burried Pipeline” ........................................................ 17
8. LATIHAN PEMODELAN KOMPLEKS ............................................................... 19
8.1 Desain and Analisa ..................................................................................... 19
9. STRUCTURAL STELL MODELLING ................................................................. 21
9.1 Contoh Pemodelan Stell Structure .............................................................. 21
10. DYNAMIC ANALYSIS ........................................................................................ 26
10.1 Analisa Modal .............................................................................................. 27
10.2 Analisa Harmonis ........................................................................................ 27
10.3 Analisa Spektrum Responsis ...................................................................... 28
10.4 Analisa Spektrum Gaya .............................................................................. 28
10.5 Analisa Transient (Time History) ................................................................. 29
CAESAR II TRAINING
Page 2
6. STATIC ANALYSIS
Metode Static Analysis adalah memperhitungkan static load, yang akan
menimpa pipa secara perlahan sehingga dengan demikian piping system
memiliki cukup waktu untuk menerima, bereaksi dan mendistribusikan load
tersebut keseluruh bagian pipa, hingga tercapainya keseimbangan.
6.1 Static dan Dynamic Load
Loading yang mempengaruhi sebuah piping system dapat
diklasifikasikan sebagai primary dan secondary.
Primary loading terjadi dari sustain load seperti berat pipa, sedangkan
secondary load dicontohkan sebagai thermal expansion load.
Static Loading meliputi :
1. Weight effect (live loads and dead loads).
2. Thermal expansion and contraction effects.
3. Effect of support, anchor movement.
4. Internal or external pressure loading.
Sedangkan yang termasuk Dynamic loading adalah :
1. Impact forces
2. Wind
3. Discharge Load
6.1.1 Load Case pada Caesar II
Setelah kita selesai mendesain piping, maka langkah selanjutnya
adalah melakukan analisa stress terhadap system piping tersebut.
Hal tersebut harus dilakukan untuk mengetahui apakah desain yang
telah kita buat dapat memenuhi persyaratan stress atau tidak,
CAESAR II TRAINING
Page 3
sehingga hal ini akan sangat berpengaruh pada kekuatan pipa ketika
mengalami pembebanan ketika kondisi operasi.
Ada berbagai macam jenis load case yang dapat kita gunakan dalam
CAESAR II. Load case ini akan mendefinisikan pembebanan yang
terjadi pada pipa, baik beban akibat berat pipa itu sendiri ataupun
beban akibat faktor yang lain.
Berikut ini definisi load case pada CAESAR II ver 4.2 :
Load Design Name Input items which activate this load case W Deadweight Pipe Density, Insulation Density (with
insulation thickness), Fluid Density, or Rigid Weight
WNC Weight Pipe Density, Insulation Density (with
insulation thickness), Rigid Weight T1 Thermal Set 1 Temperature #1 T2 Thermal Set 2 Temperature #2 T3 Thermal Set 3 Temperature #3 . .. T9 Thermal Set 9 Temperature #9 P1 Pressure Set 1 Pressure #1
P2 Pressure Set 2 Pressure #2
P3 Pressure Set 3 Pressure #3
P9 Pressure Set 9 Pressure #9
D1 Displacements Set 1 Displacements (1st Vector)
D2 Displacements Set 2 Displacements (2nd Vector)
D3 Displacements Set 3 Displacements (3rd Vector)
D9 Displacement Set 9 Displacements (9th Vector)
F1 Force Set 1 Forces/Moments (1st Vector), cold
spring (Material # 18 or 19), and
spring initial loads
CAESAR II TRAINING
Page 4
F2 Force Set 2 Forces/Moments (2nd Vector)
F3 Force Set 3 Forces/Moments (3rd Vector)
…
F9 Force Set 9 Forces/Moments (9th Vector)
Dsb.
Example :
Contoh desain nozzle berikut
• Setelah input piping selesai, pilih error checking dan kemudian batch run
pada check box yang terdapat dalam piping spreadsheet berikut ini :
CAESAR II TRAINING
Page 5
Box tersebut di atas menjelaskan tentang desain piping yang telah kita
buat tadi apakah ada kesalahan (error), peringatan (warning) atau tidak.
Jika ditemukan error maka proses run tidak dapat dilanjutkan dan kita
harus melakukan revisi pada node yang mengalami “error” tersebut.
Selain itu juga diberikan beberapa informasi lain yaitu berat keseluruhan
dari piping system yang telah kita buat dan juga menjelaskan letak “center
CAESAR II TRAINING
Page 6
of grafity”. COG berfungsi untuk proses erection pada saat konstruksi.
Dan kedua yaitu terdapat informasi nozzle calculation.
• Setelah itu anda akan mendapati box jenis load case seperti berikut ini :
Penjelasan Allowable Stress Type dan Load Case :
1. (OPE) Operating : Stress yang terjadi akibat beban kombinasi
antara sustain load dan expansion load dimana biasa terjadi pada
kondisi operational.
2. (OCC) Occassional : Stress yang terjadi hanya dalam waktu relatif
singkat akibat beban sustain load + occassional loading (seperti angin,
wave, dll.)
3. (SUS) Sustained : Stress yang terjadi secara terus menerus selama
umur operasi akibat tekanan dan berat pipa & fluida.
4. (EXP) Expansion : Stress yang terjadi akibat adanya perubahan
temperature
5. (HYD) Hydrotest : Stress akibat tekanan air saat dilakukan
hydrotest.
CAESAR II TRAINING
Page 7
6.2 Basic Refference Data & Formula
Longitudinal Pressure Stress - Slp
Slp = PD0/4tn code approximation
Slp = PDi2/(D02- Di2) code exact equation, CAESAR II default
Operating Stress - unless otherwise specified
S = Slp + Fax/A + Sb < NA (OPE)
6.2.1 ASME B31.1 – Power Piping
� Stress due to Sustained loadings
Pressure, weight(live, dead, and under test loads), other mechanical
load.
Sl = Slp + 0.75 i Ma / Z < Sh (SUS)
i Mc / Z < f [ 1.25 (Sc+Sh) - Sl ] (EXP)
Slp + 0.75 i Ma / Z + 0.75 i Mb / Z < k Sh (OCC)
P = internal design pressure (gauge), psi(kPa)
D0 = outside diameter of pipe, in (mm)
tn = nominal wall thickness, in (mm)
MA = resultan momen pada penampang, in.lb (mm.N)
Z = section modulus, in3 (mm3)
i = stress intensification factors
Sh = Basic material allowable stress pada temp. maksimum, psi (kPa)
6.2.2 ASME B31.3 – Piping for Chemical Plant & Petroleum Refinery
Sl = Slp + Fax/A + Sb < Sh (SUS)
sqrt (Sb2 + 4 St2) < f [ 1.25 (Sc+Sh) - Sl ] (EXP)
Fax/A + Sb + Slp < k Sh (OCC)
CAESAR II TRAINING
Page 8
Sb = [sqrt ( (iiMi)2 + (i0M0)
2 )]/Z
6.2.3 ASME B31.4 – Pipeline Transportation System for Liquid
Hydrocarbon and other Liquid.
If FAC = 1.0 (fully restrained pipe)
FAC | E a dT - u SHOOP| + SHOOP < 0.9 (Syield) (OPE)
If FAC = 0.001 (buried, but soil restraints modeled)
Fax/A - n SHOOP + Sb + SHOOP < 0.9 (Syield) (OPE)
(If Slp + Fax/A is compressive)
If FAC = 0.0 (fully above ground)
Slp + Fax/A + Sb + SHOOP < 0.9 (Syield) (OPE)
(If Slp + Fax/A is compressive)
(Slp + Sb + Fax/A) (1.0 - FAC) < (0.75) (0.72) (Syield) (SUS)
sqrt ( Sb2 + 4 St2 ) < 0.72 (Syield) (EXP)
(Slp + Sb + Fax/A) (1.0 - FAC) < 0.8 (Syield) (OCC)
6.2.4 ASME B31.8 – Gas Transmission and Distribution
For Restrained Pipe (as defined in Section 833.1):
For Straight Pipe:
Max(SL, SC) < 0.9ST (OPE)
Max(SL, SC) < 0.9ST (SUS)
SL < 0.9ST (OCC)*
and
SC < ST (OCC) *
CAESAR II prints the controlling stress of the two
SL = SP + SX + SB
For All Other Components
SL < 0.9ST (OPE, SUS, OCC)
For Unrestrained Pipe (as defined in Section 833.1):
SL < 0.75ST (SUS, OCC)
SE < f[1.25(SC + SH) – SL] (EXP)
Where:
SL = SP + SX + SB
CAESAR II TRAINING
Page 9
SP = 0.3SHoop (for restrained pipe)
0.5SHoop (for unrestrained pipe)
SX = R/A
SB = MB/Z (for straight pipe/bends with SIF = 1.0)
MR/Z (for other components)
SC = Max (|SHoop – SL|, sqrt[SL2 – SLSHoop + SHoop
2])
MR = sqrt[(0.75iiMi)2 + (0.75ioMo)
2 + Mt2]
SE = ME/Z
ME = sqrt[(0.75iiMi)2 + (0.75ioMo)
2 + Mt2]
S = Specified Minimum Yield Stress
T = Temperature Derating Factor
SH = 0.33SUT
SC = 0.33SU
SU = Specified Minimum Ultimate Tensile Stress
B31.8 Chapter VIII
Hoop Stress: Sh £ F1 S T (OPE, SUS, OCC)
Longitudinal Stress: |SL| £ 0.8 S (OPE, SUS, OCC)
Equivalent Stress: Se £ 0.9 S (OPE, SUS, OCC)
Where:
S = Specified Minimum Yield Strength
F1 = Hoop Stress Design Factor (0.50 or 0.72, see Table A842.22 of the B31.8 Code)
T = Temperature Derating Factor (see Table 841.116A of the B31.8 Code)
CAESAR II TRAINING
Page 10
6.3 Static Output Report
Setelah kita RUN desain yang telah kita buat, akan ditampilkan static
output processor seperti di atas.
Kita dapat memilih load case dan report yang ingin kita tampilkan
seperti box di bawah ini :
Setelah kita pilih load Case dan report, akan tampil hasil analisa dari
Caesar II seperti di bawah ini :
CAESAR II TRAINING
Page 11
6.4 3D - Plot
Caesar II dapat menampilkan stress yang terjadi pada piping system
yang telah kita desain dalam bentuk 3D dengan cara memilih 3D Plot
pada box di bawah ini :
Maka Caesar II akan menampilkan gambar dalam bentuk 3D seperti
berikut :
(contoh pemodelan nozzle)
CAESAR II TRAINING
Page 12
6.5 Stress Result Analyze
Pada Piping Desain di atas, jika kita memilih load case W+P1 akan
menghasilkan nilai stress seperti di bawah ini:
CAESAR II TRAINING
Page 13
(stress report)
(Restrain Report)
(Displacement Report)
CAESAR II TRAINING
Page 14
7. PIPELNE BURRIED MODELLING
7.1 Soil Modeller
Untuk pemodelan pipa di bawah tanah (buried pipe / underground),
pertama kita pilih Input – Underground pada piping spreadsheet, dan
kemudian akan tampil box seperti di bawah ini :
Masukkan soil model sesuai dengan data soil yang kita peroleh
sebagai berikut :
CAESAR II TRAINING
Page 15
Masukkan soil model yang telah kita isi di atas kedalam box yang
terlihat di bawah ini.
Pada bagian yang berada di dalam tanah (burried) kita berikan soil
model dengan model no “2” dan kita klik “from end mesh dan to end
mesh” yang artinya burried berada di awal dan di akhir node tersebut.
Setelah kita isikan section yang ingin di “burried” pada box tersebut di
atas, maka selanjutnya kita klik “convert” dan akan ditampilkan box
seperti di bawah ini :
CAESAR II TRAINING
Page 16
Pada spreadsheet akan terjadi perubahan setelah kita memasukkan
“buried”, dimana pada bagian pipa yang mengalami “buried” akan
memiliki nilai restrain yang secara otomatis diberikan oleh CAESAR II
seperti kita lihat box di bawah ini :
Plot preview akan terlihat seperti gambar di bawah :
CAESAR II TRAINING
Page 17
(Gambar 7.1)
7.2 Contoh Kasus pada “Burried Pipeline”
Pada sebuah pipeline yang sangat panjang (> 20 km), sebagian besar
pipa akan berada di dalam tanah (burried).
Dalam jarak yang sangat panjang tersebut, setiap +/- 12 km harus
terdapat block valve yang berfungsi untuk menutup aliran fluida jika
terjadi hal2 yang berbahaya sehingga kerusakan dapat di minimalisasi.
Block valve biasanya dipasang di atas tanah (above ground)
Dengan adanya block valve tersebut, maka pipa dari under ground /
buried akan naik ke atas (above ground). Pada perubahan ini akan
menjadi sangat “critical” bagi sebuah system pipeline terutama jika
fluida di dalamnya adalah gas yang memiliki temperature dan tekanan
yang relative tinggi jikan dibandingkan dengan “liquid”.
Untuk menghindari kerusakan yang terjadi pada system pipa above
ground dan block valve, maka diperlukan restrain yang sangat kuat
untuk menahan gaya axial dari pipa yang panjang yaitu dengan
CAESAR II TRAINING
Page 18
memberikan “Anchor Block” pada saat sebelum pipa naik ke atas
permukaan tanah dan pada saat pipa turun kembali ke dalam tanah.
CAESAR II TRAINING
Page 19
8. LATIHAN PEMODELAN KOMPLEKS
8.1 Desain and Analisa
- Buatlah dan Analisa system piping dari gambar Desain Isometrik di
bawah ini :
CAESAR II TRAINING
Page 20
CAESAR II TRAINING
Page 21
9. STRUCTURAL STELL MODELLING
9.1 Contoh Pemodelan Stell Structure
Pilih new file dan structural input pada main menu dan klik OK, dan
akan muncul tampilan berikut :
Pilih unit parameter yang akan digunakan dalam pemodelan input, dan
pilih sumbu vertikan yang diinginkan seperti terlihat di bawah
:
CAESAR II TRAINING
Page 22
CAESAR II TRAINING
Page 23
Ada 2 metode yang digunakan dalam mendefinisikan model, yaitu element
definition dan node/element specification.
Setelah kita pilih salah satu dari method di atas, kita akan masuk ke dalam
input structural model sebagai berikut :
CAESAR II TRAINING
Page 24
Structural model dapat dijalankan (run) secara terpisah/sendiri atau dapat
juga digabungkan dalam pekerjaan piping.
Untuk running structural model secara terpisah dapat dilakukan dengan
langkah-langkah sebagai berikut :
- Setelah seluruh input kita masukkan gunakan File – Save untuk
keluar dari modeling, dan melakukan error checking. Selanjutnya
File – Exit.
- Kembali ke main menu Caesar II dan pilih static analysis
CAESAR II TRAINING
Page 25
Untuk menggabungkan structural modeling ke dalam piping input
dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :
- Pada piping spreadsheet kita pilih Environtment – Include Structural
Inpu Files
- Kemudian akan muncul dialog box seperti di bawah ini :
Browse nama file structural yang telah kita buat tadi dan klik OK
- Untuk melakukan penggabungan structur modeling dengan piping
yang telah kita buat diperlukan hal berikut :
Diperlukan rigid elemen dengan zero
weight untuk posisi relative pipa
terhadap structure
CAESAR II TRAINING
Page 26
- Kemudian kita harus menentukan penyambungan antara node pipa
dengan node structural menggunakan restrain with connecting
node (Cnode).
Sebagai contoh pada gambar di bawah ini :
Pada node 75 dalam piping model harus diikat/digabungkan
dengan node 1055 pada structural model kearah X dan Y, dan juga
pada node 85 pipe model digabungkan dengan node 1065
structural model.
Kemudian kita dapat run model tersebut seperti halnya run pada
piping model.
10. DYNAMIC ANALYSIS
Analisa dinamis yang dapat dilakuan dengan CAESAR II adalah:
• Analisa Modal (Natural Frequency Analysis)
• Analisa Harmonis
• Analisa Spektrum Responsis
• Analisa Spektrum gaya
• Analisa Transient (Time History)
CAESAR II TRAINING
Page 27
10.1 Analisa Modal
• menghitung frekuensi natural (pribadi) dan modus
getar pribadinya
• selalu dilaksanakan pada awal semua analisa dinamis
• setiap modus getar merupakan solusi dari probem
dinamis dengan satu derajat kebebasan
• sistem pipa yang kompleks diuraikan menjadi
sejumlah modus getar
• responsi total merupakan superposisi dari setiap
modus getar
• analisa modal menggunakan proses Eigensolver
Langkah-langkah untuk analisa modal:
• Merubah distribusi masa dari model statik
(Lumped Masses)
• Menambah kekakuan model statik
(Snubber)
• Mengontrol parameter analisa dinamik
(Control Parameter)
• Analisa dan melihat hasil perhitungan
10.2 Analisa Harmonis
Langkah-langkah untuk Analisa Harmonis :
• Mendefinisikan frekuensi eksitasi
(Exicitation Frequency)
• Mendefinisikan gaya atau perpindahan dari beban harmonis
(Harmonic Forces atau Harmonic Displacement)
CAESAR II TRAINING
Page 28
• Merubah distribusi masa dari model statik
(Lumped Masses)
• Menambah kekakuan model statik
(Snubber)
• Mengontrol parameter analisa dinamik
(Control Parameter)
• Analisa dan melihat hasil perhitungan dengan memilih
kombinasi frekuensi dan fase
10.3 Analisa Spektrum Responsis
Langkah – Langkah Analisa dengan Spektrum Responsis :
• Mendefinisikan spektrum reponse; CAESARII bulit-in
spektrum atau Spectrum Data Points Tools
(Spectrum Definition)
• Menentukan spektrum load cases dengan mendefinisikan
arah dan letak dan tipe dari tegangan kode
(Spectrum Load Cases)
• Medefinisikan kombinasi beban dinamik dengan statik
(Static/Dynamic Combinations)
• Merubah distribusi masa dari model statik
(Lumped Masses)
• Menambah kekakuan model statik (Snubber)
• Mengontrol parameter analisa dinamik:
a.l.metode kombinasi dari modus getar (Control Parameter)
• Analisa dan melihat hasil perhitungan
10.4 Analisa Spektrum Gaya
Langkah-langkah untuk analisa spektrum gaya :
• Mendefinisikan spektrum reponse: rubah beban impuls
menjadi spektrum (Spectrum Definition)
CAESAR II TRAINING
Page 29
• Mendenisikan letak dan arah dari beban impluls yang
bekerja pada sistem pipa (Force Sets)
• Menentukan spectrum load cases: mendefinisikan arah dan
letak dan tipe dari tegangan kode (Spectrum Load Cases)
• Medefinisikan kombinasi beban dinamik dengan statik
(Static/Dynamic Combinations)
• Merubah distribusi masa dari model statik
(Lumped Masses)
• Menambah kekakuan model statik (Snubber)
• Mengontrol parameter analisa dinamik:
a.l metode kombinasi dari modus getar (Control Parameter)
Analisa dan melihat hasil perhitungan
10.5 Analisa Transient (Time History)
Langkah-langkah untuk analisa spektrum gaya :
• Mendefinisikan profiel gaya sebagai fungsi waktu:
a.l. file eksternal atau spectrum generator
(Time Histrory Definition)
• Mendenisikan letak dan arah dari beban impluls yang
bekerja pada sistem pipa
(Force Sets)
• Menentukan spectrum load cases dengan mendefinisikan
arah dan letak dan tipe dari tegangan kode
(Time History Load Cases)
• Medefinisikan kombinasi beban dinamik dengan statik
(Static/Dynamic Combinations)
• Merubah distribusi masa dari model statik
(Lumped Masses)
CAESAR II TRAINING
Page 30
• Menambah kekakuan model statik
(Snubber)
• Mengontrol parameter analisa dinamik, antara lain metode
kombinasi dari modus getar
(Control Parameter)
• Analisa dan melihat hasil perhitungan
