Tutorial II

5/24/2018 Tutorial II

1/30

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


2/30

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 loadtersebut keseluruh bagian pipa, hingga tercapainya keseimbangan.

6.1 Static dan Dynamic Load

Loading yang mempengaruhi sebuah piping system dapat

diklasifikasikan sebagai primarydan 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,


3/30

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 yangterjadi 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 (withinsulation thickness), Fluid Density, or RigidWeight

WNC Weight Pipe Density, Insulation Density (withinsulation thickness), Rigid Weight

T1 Thermal Set 1 Temperature #1



...T9 Thermal Set 9 Temperature #9

P1 Pressure Set 1 Pressure #1




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


4/30

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 :


5/30

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


6/30

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 selamaumur 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.


7/30

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)


8/30

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 soilrestraints 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 IIprints the controlling stress of the two

SL= SP+ SX+ SBFor 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


9/30

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[SL SLSHoop+ SHoop ])

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= 0.33SUSU= Specified Minimum Ultimate Tensile Stress

B31.8 Chapter VIII

Hoop Stress: Sh F 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 YieldStrength

F = Hoop Stress Design Factor(0.50 or 0.72, see TableA842.22 of the B31.8 Code)

T = Temperature Derating Factor(see Table 841.116A of theB31.8 Code)


10/30

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 :


11/30

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)


12/30

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:


13/30

(stress report)

(Restrain Report)

(Displacement Report)


14/30


15/30

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 boxseperti di bawah ini :


16/30

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 :


17/30

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


18/30

memberikan Anchor Block pada saat sebelum pipa naik ke atas

permukaan tanah dan pada saat pipa turun kembali ke dalam tanah.


19/30

8. LATIHAN PEMODELAN KOMPLEKS

8.1 Desain and Analisa

Buatlah dan Analisa system piping dari gambar Desain Isometrik di

bawah ini :


20/30


21/30

9. STRUCTURAL STELL MODELLING

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

:


22/30


23/30

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 :


24/30

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


25/30

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 :


26/30

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)


27/30

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)


28/30


(Lumped Masses)


(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)


(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)


29/30

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



(Lumped Masses)

Menambah kekakuan model statik (Snubber)

Mengontrol parameter analisa dinamik:

a.l metode kombinasi dari modus getar (Control Parameter)


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



(Lumped Masses)


30/30


(Snubber)

Mengontrol parameter analisa dinamik, antara lain metode

kombinasi dari modus getar(Control Parameter)


Documents

Tutorial II