Tutorial Caesar II _bagian 2

1

DAFTAR ISI

1. STATIC ANALYSIS

1.1 Static dan Dynamic Load ....................................................................... 2

1.2 Basic Refference Data & Formula .......................................................... 7

1.3 Static Output Report ............................................................................... 10

1.4 3D - Plot ................................................................................................. 11

1.5 Stress Result Analyze ............................................................................. 12

2. PIPELNE BURRIED MODELLING

2.1 Soil Modeller .......................................................................................... 14

2.2 Contoh Kasus pada “Burried Pipeline” ................................................... 18

3. LATIHAN PEMODELAN KOMPLEKS

3.1 Desain and Analisa ................................................................................. 19

4. STRUCTURAL STELL MODELLING

4.1 Contoh Pemodelan Stell Structure .......................................................... 22

5. DYNAMIC ANALYSIS

5.1 Analisa Modal ........................................................................................ 30

5.2 Analisa Harmonis ................................................................................... 30

5.3 Analisa Spektrum Responsis .................................................................. 31

5.4 Analisa Spektrum Gaya .......................................................................... 31

5.5 Analisa Transient (Time History) ........................................................... 32

2

1. 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.

1.1 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 :

Weight effect (live loads and dead loads).

Thermal expansion and contraction effects.

Effect of support, anchor movement.

Internal or external pressure loading.

Sedangkan yang termasuk Dynamic loading adalah :

Impact forces

Wind

Discharge Load

1.1.1 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, sehingga hal ini akan sangat

3

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



.

..


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)

4

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

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

Box tersebut di atas menjelaskan tentang desain piping yang telah kita buat

tadi apakah ada kesalahan (error), peringatan (warning) atau tidak. Jika ditemukan

6

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 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 relative 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.

7

1.2 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)

Sb = [sqrt ( (iiMi)2 + (i0M0)2 )]/Z

8

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)

9

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

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 + SHoop2])

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

10

(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)

1.3 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 :

11

Setelah kita pilih load Case dan report, akan tampil hasil analisa dari Caesar II

seperti di bawah ini :

1.4 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 :

12

Maka Caesar II akan menampilkan gambar dalam bentuk 3D seperti berikut :

(contoh pemodelan nozzle)

1.5 Stress Result Analyze

Pada Piping Desain di atas, jika kita memilih load case W+P1 akan

menghasilkan nilai stress seperti di bawah ini:

13

(stress report)

(Restrain Report)

14

(Displacement Report)

2. PIPELNE BURRIED MODELLING

2.1 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 :

15

Masukkan soil model sesuai dengan data soil yang kita peroleh sebagai berikut :

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.

16

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 :

Pada spreadsheet akan terjadi perubahan setelah kita memasukkan “buried”,

dimana pada bagian pipa yang mengalami “buried” akan memiliki nilai restrain

17

yang secara otomatis diberikan oleh CAESAR II seperti kita lihat box di bawah

ini :

Plot preview akan terlihat seperti gambar di bawah :

(Gambar 7.1)

18

2.2 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 memberikan “Anchor Block” pada saat

sebelum pipa naik ke atas permukaan tanah dan pada saat pipa turun kembali ke

dalam tanah.

19

3. LATIHAN PEMODELAN KOMPLEKS

3.1 Desain and Analisa

Buatlah dan Analisa system piping dari gambar Desain Isometrik di bawah

ini :

20

21

22

4. STRUCTURAL STELL MODELLING

4.1 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 :

23

24

25

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 :

26

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

27

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 :

28

Diperlukan rigid elemen dengan zeroweight untuk posisi relative pipa

terhadap structure

Kemudian kita harus menentukan penyambungan antara node pipa

dengan node structural menggunakan restrain with connecting node

(Cnode).

Sebagai contoh pada gambar di bawah ini :

29

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.

5. 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)

30

5.1 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 static (Lumped Masses)

Menambah kekakuan model static (Snubber)

Mengontrol parameter analisa dinamik (Control Parameter)

Analisa dan melihat hasil perhitungan

5.2 Analisa Harmonis

Langkah-langkah untuk Analisa Harmonis :

Mendefinisikan frekuensi eksitasi (Exicitation Frequency)

Mendefinisikan gaya atau perpindahan dari beban harmonis

(Harmonic Forces atau Harmonic Displacement)



Mengontrol parameter analisa dinamik (Control Parameter)

Analisa dan melihat hasil perhitungan dengan memilih kombinasi

frekuensi dan fase

31

5.3 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 static (Static/Dynamic

Combinations)


Menambah kekakuan model statik (Snubber)

Mengontrol parameter analisa dinamik: a.l.metode kombinasi dari

modus getar (Control Parameter)


5.4 Analisa Spektrum Gaya

Langkah-langkah untuk analisa spektrum gaya :

Mendefinisikan spektrum reponse: rubah beban impuls menjadi

spektrum (Spectrum Definition)

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)


Combinations)


Menambah kekakuan model statik (Snubber)

32

Mengontrol parameter analisa dinamik: a.l metode kombinasi dari

modus getar (Control Parameter) Analisa dan melihat hasil perhitungan

5.5 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)


Combinations)



Mengontrol parameter analisa dinamik, antara lain metode kombinasi

dari modus getar (Control Parameter)


Tutorial Caesar II _bagian 2

Documents

baik beban akibat berat

menimpa pipa secara

beban akibat faktor

thermal expansion load

static loading meliputi

termasuk dynamic loading

pipelne burried modelling

latihan pemodelan kompleks