Tutorial Caesar PDF [PDF]

Citation preview

CAESAR II TUTORIAL I



Table of Contents 1.



2.



3.



4.



5.



INTRODUCTION .......................................................................................................................... 2 1.1



Philosophy ............................................................................................................................... 2



1.2



Tentang Caesar II................................................................................................................. 3



MENU UTAMA PADA CAESAR ................................................................................................ 4 2.1



New File ................................................................................................................................. 4



2.2



Input Menu............................................................................................................................. 5



2.3



Analysis Menu....................................................................................................................... 5



2.4



Output Menu ......................................................................................................................... 7



2.5



Tools Menu ............................................................................................................................ 7



PIPE STRESS REQUIREMENT .............................................................................................. 11 3.1



Tegangan Pada Pipa .............................................................................................................. 11



3.2



Code & Standard yang digunakan CAESAR II v. 5.1............................................................... 12



INPUT PIPING ............................................................................................................................ 13 4.1



Spreadsheet Overview .......................................................................................................... 13



4.2



Data Field .............................................................................................................................. 14



4.2.1



Nomor Node.................................................................................................................. 14



4.2.2



Elements Length............................................................................................................ 14



4.2.3



Pipe Section Properties ................................................................................................. 14



4.2.4



Operating Conditions .................................................................................................... 15



4.2.5



Special Element Information......................................................................................... 16



4.2.6



Boundary & Loading Condition ..................................................................................... 16



4.2.7



Piping Material, Density & Elastic Properties ............................................................... 17



APLIKASI KHUSUS ................................................................................................................... 18 5.1



Bend, Valve, Expansion joint, Reducer dan Tee.................................................................... 18



5.2



Restrain, Hanger, Noozle dan Displacement ........................................................................ 26



5.3



Latihan................................................................................................................................... 30



Page 1 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TRAINING



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



Page 1



CAESAR II TUTORIAL I



1. INTRODUCTION



1.1 Philosophy
Untuk merancang/modifikasi sistem perpipaan, engineer harus memahami perilaku sistem dibawah pembebanan dan juga persyaratan Code yang harus dipenuhi
Parameter fisik yang dapat digunakan untuk quantifikasi perilaku suatu “mechanical system” antara lain : percepatan, kecepatan, temperatur, gaya dalam & momen, stress, strain, perpindahan, reaksi tumpuan, dll
Nilai batas yang diijinkan untuk setiap parameter ditetapkan untuk mencegah kegagalan system



WHY DO WE PERFORM STRESS ANALYSIS ???




Untuk menjaga tegangan di dalam pipa dan fitings tetap dalam range yang diijinkan Code
Untuk menghitung ‘design load’ yang diperlukan untuk menentukan support dan restraints
Untuk menentukan perpindahan pipa  interference checks
Untuk mengatasi problem getaran pada sistem perpipaan
Untuk membantu optimasi design sistem perpipaan



Page 2 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I



1.2



Tentang Caesar II



CAESAR II adalah program computer untuk perhitungan Stress Analysis yang mampu mengakomodasi kebutuhan perhitungan Stress Analysis seperti tersebut dalam par. 1.1. Software ini sangat membantu dalam Engineering terutama di dalam desain Mechanical dan system perpipaan. Pengguna Caesar



II



dapat



membuat



permodelan



system



perpipaan



dengan



menggunakan “simple beam element” kemudian menentukan kondisi pembebanan



sesuai



dengan



kondisi



yang



dikehendaki.



Dengan



memberikan/membuat inputan tersebut, Caesar II mampu menghasilkan hasil analisa berupa stress yang terjadi, beban, dan pergeseran terhadap system yang kita analisa.



CAESAR STRESS DOCUMENTATION
Data masukan :  dimensi dan jenis material  parameter operasi : temperatur, tekanan, fluida  parameter beban : berat isolasi, perpindahan, angin, gempa, dll  Code yang digunakan
Pemodelan : Node, elemen, tumpuan Aturan penempatan node:  definisi geometri : system start, interseksi, perubahan arah, end  perubahan parameter operasi : perubahan temp, tekanan, isolasi  definisi parameter kekakuan elemen : perubahan ukuran pipa, valve, tee, dll.



Page 3 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I  posisi kondisi batas : restrain, anchor  aplikasi pembebanan : aplikasi gaya, berat isolasi, gempa, dll  pengambilan informasi dari hasil analisis : gaya dalam, stress, displacement, reaksi tumpuan, dll



2. MENU UTAMA PADA CAESAR 2.1 New File Untuk memulai program Caesar II, kita pilih “File - New” Ketika memilih “new” kita harus memilih apakah pekerjaan yang akan kita buat adalah “piping input” atau “structural input” .



Dalam hal ini kita akan melakukan pemodelan piping sehingga kita pilih “piping input” Kemudian klik ”OK”



Page 4 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I 2.2 Input Menu



Di dalam Input Menu ada 3 pilihan yang dapat kita pilih yaitu : •



Piping - adalah input Caesar II untuk pemodelan piping



•



Underground – adalah input Caesar Ii untuk pemodelan “Burried Pipe”



•



Structural Steel – adalah input Caesar II iuntuk pemodelan Struktur.



2.3 Analysis Menu



Page 5 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I Di dalam analysis menu memberikan kita pilihan untuk melakukan perhitungan yang kita inginkan sesuai dengan permasalahan yang kita simulasikan, yaitu sebagai berikut : •



Static – Analisa ini digunakan untuk analisa pemodelan pipa / struktur dengan beban statis / tetap..



•



Dynamics – Analisa ini digunakan untuk analisa pemodelan pipa / struktur dengan beban yang dinamis



•



SIFs – Digunakan untuk menghitung Stress Intensification Factor pada Intersection dan Bend.



•



WRC 107/297 – Untuk menghitung stress pada vessel akibat dari sambungan dengan pipa.



•



Flanges – Melakukan perhitungan stress dan kebocoran pada flange.



•



B 31.G – Memperkirakan ketahanan / umur pipeline



•



Expansion Joint Rating – Mengevaluasi expansion joint dengan menggunakan persamaan EJMA.



•



AISC – Melakukan pengecekan kode AISI pada elemen structural steel.



•



NEMA SM23 – Mengevalusi beban pipa pada steam turbin noozle



•



API 610 – Mengevaluasi beban pipa pada pompa centrifugal



•



API 617 – Mengevalusi beban pipa pada compressor.



•



HEI Standard – Mengevalusi beban pipa pada feedwater heater



•



API 650 – Mengevalusi beban pipa pada fired heater.



Page 6 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I 2.4 Output Menu



2.5 Tools Menu



Tools menu merupakan salah satu fungsi yang penting dalam Caesar dimana didalamnya terdapat berbagai macam fungsi,penting antara lain : Page 7 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I  Konfigurasi - Pada menu ini kita dapat membuat setup yang berbeda tentang berbagai macam hal seperti interval node, min. tebal pipa yg ditoleransi, dll. Sesuai dengan project data atau kehendak klien.  Kalkulator – Menjalankan fungsi kalkulator pada layar  Make Unit Files – Membuat unit file sesuai yg kita butuhkan Setting default CAESAR II adalah menggunakan unit “English”, oleh karena itu jika kita menginginkan untuk menggunakan unit yang lain misalnya ke dalam SI unit, maka kita harus membuat unit yang baru. Cara untuk membuat unit file tersebut adalah seperti di bawah ini :



Kita klik review existing unit file (unit fie yang aktif saat ini), kemudian kita create unit file dengan nama yang dikehendaki dan selanjtnya klik view/edit file. Kemudian akan muncul spreadsheet seperti di bawah ini :



Page 8 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I



Setelah kita sesuaikan dengan unit file yang diinginkan, klik OK/save dan kemudian pada menu “Tools” kita pilih convert input to new unit seperti terlihat di bawah ini :



Browse file yang ingin kita ubah unit filenya, kemudian kita cari nama unit yang telah kita buat dan selanjtnya kita pilih “OK”.



 Material Data Base – Melakukan editing atau menambahkan material baru pada data base Caesar II.



Page 9 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I Edit Material



Kita pilih Edit material pada slah satu tools yang terdapat di dalam spreadsheet di atas, kemudial akan muncul :



Selanjtnya kita tinggal pilih material apa yang ingin kita edit propertisnya, kemudian kita simpan (save), spt contoh di bawah: Page 10 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I



Menambahkan Material Dengan langkah-langkah yang sama seperti tersebut di atas kita dapat menambahkan jenis material yang ingin kita tambahkan apabila material yang kita inginkan tidak terdapat di dalam data base Caesar II ini.



3. PIPE STRESS REQUIREMENT



3.1 Tegangan Pada Pipa



Secara umum tegangan pada pipa dapat dibagi menjadi dua : tegangan normal dan tegangan geser Tegangan normal 1. Tegangan arah longitudinal  longitudinal stress 2. Tegangan arah tangensial  hoop stress 3. Tegangan arah radial  radial stress Page 11 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I Tegangan geser 1. Tegangan akibat gaya geser  shear stress 2. Tegangan akibat momen puntir  torsional stress



3.2 Code & Standard yang digunakan CAESAR II v. 5.1 PIPING CODE



PUBLICATION



REVISION



ANSI B31.1



(2004)



August 16, 2004



ANSI B31.3



(2004)



April 29, 2005



ANSI B31.4



(2002)



October 4, 2002



ANSI B31.4 Chapter IX



(2002)



October 4, 2002



ANSI B31.5



(2001)



May 30, 2005



ANSI B31.8



(2003)



February 6, 2004



ANSI B31.8 Chapter VIII



(2003)



February 6, 2004



ANSI B31.11



(2002)



May 30, 2003



ASME SECT III CLASS 2



(2004)



July 1, 2005



ASME SECT III CLASS 3



(2004)



July 1, 2005



U.S. NAVY 505



(1984)



N/A



CANADIAN Z662



(9/95)



N/A



CANADIAN Z662 Ch 11



(9/95)



N/A



BS 806



1993, ISSUE 1, SEPTEMBER 1993 N/A



SWEDISH METHOD 1



2ND EDITION STOCKHOLM 1979 N/A



SWEDISH METHOD 2



2ND EDITION STOCKHOLM 1979 N/A



ANSI B31.1



(1967)



N/A



STOOMWEZEN



(1989)



N/A



RCC-M C



(1988)



N/A



RCC-M D



(1988)



N/A



CODETI



(2001)



June 2004



NORWEGIAN



(1999)



N/A



FDBR



(1995)



N/A



BS7159



(1989)



N/A



UKOOA



(1994)



N/A



IGE/TD/12



(2003)



N/A



DnV



(1996)



N/A



EN-13480



(3/2002)



N/A



GPTC/192



(1998)



N/A



Page 12 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I 4. INPUT PIPING



4.1 Spreadsheet Overview



Spreadsheet di atas adalah fungsi utama yang akan menjelaskan elemen demi elemen tentang desain piping yang kita buat. Di dalamnya terdapat data field yang berguna untuk memasukkan berbagai informasi tentang masing-masing kondisi elemen piping dan beberapa menu perintah dan toolbars yang mana dapat digunakan untuk menjalankan perintah yg kita inginkan. Disebelah samping piping input adalah tampilan gambar dari input yang kita buat/masukkan. Pada contoh diatas kita masukkan panjang ke arah sumbu X dengan nilai 100 in (unit default menggunakan English) maka secara langsung hasil inpu akan ditampilkan pada gambar di samping piping input tsb. Page 13 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I Untuk membuat input berikutnya kita pilih continue pada navigation tools seperti di bawah ini :



4.2 Data Field 4.2.1 Nomor Node



Dalam desain piping Caesar, masing-masing elemen pipa akan diidentifikasikan dengan nomor node. Setting default pada CAESAR II memberikan nilai interval node sebesar 10. Jika anda ingin mengubah interval tersebut dapat dilakukan dengan mengganti setting interval pada



4.2.2 Elements Length



Panjang elemen yang kita masukkan dalam CAESAR adalah dalam bentuk 3 dimensi dimana memilii koordinat (X, Y, dan Z). Sumbu Y adalah sebagai sumbu vertical. DX,DY,DZ adalah mendeskribsikan pengukuran terhadap X,Y,Z antara node awal (from node) dan node tujuan ( To node).



4.2.3 Pipe Section Properties



Page 14 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I



Sebelum kita melanjutkan untuk membuat modelling kita harus mengisi properties pipa sesuai dengan kondisi yang diinginkan.



4.2.4 Operating Conditions



Caesar II memiliki 9 kondisi temperature dan tekanan serta tekanan hydrotest yang dapat diberikan untuk masing-masing elemen pipa. Caesar



II



mendapatkan



mempergunakan thermal



data



temperature



strain/regangan



akibat



tersebut temperature



untuk dan



allowable stress/tegangan yang diijinkan dari suatu elemen dari material data base. Input temperature dan takanan ini juga berfungsi untuk



mensimulasikan



kondisi



pembebanan



ketika



kita



akan



melakukan analysis. Caesar II menggunakan parameter standard untuk temperature sebesar 70 deg. F, jika kita ingin merubahnya sesuai dengan kondisi lingkungan dapat dilakukan dengan menggunakan Special Execution Page 15 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I Parameters Option pada box yg terdapat di spreadsheet sheet input piping.



.



4.2.5 Special Element Information



Komponen khusus seperti bend, rigid, expansion joint, reducer dan Tee diberikan di dalam check box di atas. Jika akhir node elemen pada spreadsheet adalah bend, elbow, atau mitered joint, maka bend checkbox harus dipilih dengan meng-klik 2 kali. Untuk Rigid checkbox digunakan untuk valve dan flange. Untuk penerapannya akan kita bahas dalam Bab 5



4.2.6 Boundary & Loading Condition



Checkbox di atas memiliki fungsi untuk membatasi pergerakan pipa. Pembahasan lebih lanjut tantang restrain akan diberikan pada Bab 5.



Checkbox diatas mengijinkan pengguna untuk menentukan beban dari luar yang terjadi pada pipa. Pembebanan ini kemungkinan adalah sebuah gaya atau moment yang terjadi pada point tertentu, sebuah beban seragam/merata (yang dapat di spesifikasikan dalam Page 16 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I gaya per satuan panjang), atau beban akibat tekanan angin ( beban angin di spesifikasikan sebagai wind shape factor).



4.2.7 Piping Material, Density & Elastic Properties



Caesar II membutuhkan spesifikasi material pipa, elastic modulus, poisons ratio, density,dll. Sebagai parameter dasar yang akan digunakan untuk perhitungan. Caesar II telah memiliki berbagai data base tentang material dimana kita dapat memilih sesuai dengan spesisifasi yang dikehendaki, dan atau kita dapat merubah/membuat



material



data



base



sendiri



dengan



menggunakan Caesar II material data base editor. Nilai Elastic Modulus dalam CAESAR II 5.1 akan diberikan dengan 4 nilai dimana nilainya akan diberikan secara otomatis oleh CAESAR II.



Page 17 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I 5. APLIKASI KHUSUS



5.1 Bend, Valve, Expansion joint, Reducer dan Tee 5.1.1 Bend Dalam program ini terdapat 2 macam bend yang biasa di aplikasikan, yaitu :  Elbow Elbow banyak digunakan jika kita mendesain piping di dalam suatu pabrik/plant dimana system perpipaannya berada above ground ( di atas tanah). Contoh di bawah ini menunjukkan cara membuat elbow dalam spreadsheet :



Page 18 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I



Pada node 20 to 30 kita klik 2 kali pada toolbox “bend” pada spreadsheet di atas. Artinya pada akhir node (yaitu node 30) Caesar II membaca akan diberikannya elbow/bend oleh pengguna. Kemudian pada node selanjutnya (node 30 to 40) kita berikan panjang sebesar 100 in sehingga akan ditampilkan seperti gambar di atas. Ketika kita memilih bend pada spreadsheet di atas, maka Caesar II akan secara otomatis memberikan nilai radius pada kolom “radius” di atas dengan anggapan “elbow 900”. Dalam contoh di atas kita menggunakan pipa dengan diameter 12” sehingga radius akan secara otomatis diberikan oleh Caesar II sebesar 18 in (elbow 90 deg.). Jika kita ingin membuat elbow dengan besaran selain 900 (misalnya 450), maka kita harus terlebih dahulu mengerti tentang besaran radius sesuai dengan diameter pipa yang kita masukkan, atau kita sebaiknya memiliki “piping standard drawing” sebagai acuan dalam menetukan radius elbow tersebut



Page 19 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I  Bend Di dalam pekerjaan pipa terutama pipeline seringkali kita harus melakukan bending terhadap pipa dimana biasanya sudut yang diperlukan di bawah 900, maka kita harus mendesain radius bending tersebut sesuai dengan besaran yang kita inginkan/klien inginkan. Ada 3 jenis bending yang digunakan dalam pipeline yaitu : -



Hot Bend : memiliki besaran radius max 5D (5 kali diameter pipa); dan



-



Cold Bend : memiliki besaran radius max 40D (40 kali diameter pipa)



Jika kita ingin membuat bending dengan derajat tertentu (selain



90



deg.)



kita



memerlukan



phytagoras



untuk



menentukan posisi titik tujuan (to node) di dalam koordinat X,Y,Z Caesar II.



∆Y



R



α ∆X



Tampilan berikut memperlihatkan bending sebesar 22.50 pada node 30.



Page 20 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I



5.1.2 Valve / Flange Untuk membuat / memberikan valve / flange pada piping dapat kita lakukan dengan langkah-langlah berikut :



Jika kita ingin memasukkan valve/fitting dalam spreadsheet harus pada node yang kosong/baru dengan memilih valve flange database seperti terlihat pada gambar di atas. Kemudian akan tampil sheet berikut :



Page 21 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I



Kita pilih type valve / flange pada box di atas sesuai yang dikehendaki kemudian “OK” maka pada node 50 – 60 akan diberikan valve/flange seperti berikut ini :



5.1.3 Expansion Joint Expansion joint digunakan untuk sambungan pipa dimana biasanya terletak pada pipa yang dekat dengan sumber getaran seperti pompa atau compressor. Page 22 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I Ada 2 cara yang bisa kita pergunakan untuk membuat pemodelan expansion joint pada piping system yaitu dengan :



Pilih expansion joint modeler pada icon di seperti tampak atas, kemudian kita akan diberikan pilihan yang telah tersedia di dalam data base CAESAR II sbb:



Kemudian pada spreadsheet akan ditampilkan model expansion joint yang telah kita buat seperti di bawa ini :



Page 23 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I Kemudian cara kedua yang dapat kita lakukan yaitu dengan klik 2 kali expansion joint pada check box seperti terlihat di bawah ini :



Pemodelan cara ke-2



ini kita lakukan jika kita telah mengetahui



terlebih dahulu nilai axial, translation, bending, dan torsi stiffnessnya sehingga kita masukkan nilai tersebut di dalam kotak yang tersedia. 5.1.4 Reducer Pemodelan reducer pada piping dapat kita lakukan dengan cara sebagai berikut :



Page 24 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I Klik reducer pada spreadsheet kemudian kita isikan diameter 2 dan tebal pipa dan memberikan panjang reducer tersebut.



5.1.5 SIF / Tee



Jika kita ingin membuat tee, klik SIFs & Tees pada node yang ingin kita beri tee kemudian isi type tee yang diinginkan dan SIF (jika ada). Untuk tee reducer kita dapat memodelkan dengan menggunakan langkah yang sama namun pada elemen yang tereduksi kita ubah diameter pipa pada spreadsheet sesuai dengan yang diinginkan.



Page 25 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I 5.2 Restrain, Hanger, Noozle dan Displacement 5.2.1 Restrain



Untuk memberikan restrain pada piping kita dilakukan dengan cara memilih restrain pada check box di atas dan memasukkan type restrain di dalam kotak sebelah kanan yang telah tersedia. Ada berbagai macam type restrain yang dapat di aplikasikan di dalam Caesar II sesuai dengan fungsi yang diinginkan, yaitu : Restraint Type Abbreviation 1 - Anchor .....................................................................................ANC 2 - Translational Double Acting ............................................ X, Y, or Z 3 - Rotational Double Acting ......................................... RX, RY, or RZ 4 - Guide, Double Acting ............................................................... GUI 5 - Double Acting Limit Stop .......................................................... LIM 6 - Translational Double Acting Snubber ..............XSNB,YSNB, ZSNB 7 - Translational Directional ............................... +X, -X, +Y, -Y, +Z, -Z 8 - Rotational Directional ..................................... +RX, -RX, +RY, etc. 9 - Directional Limit Stop ................................................... +LIM, -LIM 10 - Large Rotation Rod .....................................XROD, YROD, ZROD 11 - Translational Double Acting Bilinear ............................ X2, Y2, Z2 Page 26 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I 12 - Rotational Double Acting Bilinear ......................... RX2, RY2, RZ2 13 - Translational Directional Bilinear ..................... -X2, +X2, -Y2, etc. 14 - Rotational Directional Bilinear ................ +RX2, -RX2, +RY2, etc. 15 - Bottom Out Spring ......................................... XSPR, YSPR, ZSPR 16 - Directional Snubber .........................+XSNB, -XSNB, +YSNB, etc



5.2.2 Hanger Dengan cara klik 2 kali Hanger checkbox pada pipe spreadsheet untuk memasukkan hanger spring data untuk node-node khusus. Untuk modeling hanger sederhana tidak memerlukan input tambahan karena Caesar akan secara otomatis memberikan nilainya dengan memilih salah satu “hanger table” yang telah disediakan seperti contoh berikut :



Ilustrasi hanger drawing dari input di atas :



Page 27 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I



(simple hanger design) 5.2.3 Flexible Nozzle



Funsi



tampilan



mendeskripsikan



di



atas



koneksi



adalah



sebagai



fleksibel



nozzle



pelengkap pada



pipa.



untuk Jika



memasukkan fungsi ini, CAESAR II akan menghitung secara otomatis fleksibilities-nya dan menempatkannya di lokasi yang dikehendaki. CAESAR II melakukan perhitungan nozze load berdasarkan kriteria WRC 297, API 650 atau BS 5500. Page 28 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I 5.2.4 Displacement



Tampilan di atas berfungsi untuk memberikan nilai pergeseran (displacement) hingga 2 node untuk tiap-tiap spreadsheet. Jika nilai pergeseran dimasukkan dengan nilai “0.0” maka system akan dianggap “fully restrain” pada arah tersebut.



Page 29 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TUTORIAL I 5.3 Latihan



Perintah : 1. Buatlah Pemodelan di atas dengan panjang seperti diketahui dengan beberapa ketentuan sebagai berikut : -



Di awal node (node 5) adalah discharge pompa



-



Di akhir node (40) adalah nozzle dan vessel



Page 30 BY ANDREY PURUHITA



CAESAR II TRAINING 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,



Page 2



CAESAR II TRAINING 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 W



WNC



Name Deadweight



Weight



Input items which activate this load case Pipe Density, Insulation Density (with insulation thickness), Fluid Density, or Rigid Weight Pipe Density, Insulation Density insulation thickness), Rigid Weight



T1



Thermal Set 1



Temperature #1



T2



Thermal Set 2



Temperature #2



T3 . .. T9



Thermal Set 3



Temperature #3



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



(with



Forces/Moments (1st Vector), cold spring (Material # 18 or 19), and spring initial loads Page 3



CAESAR II TRAINING F2



Force Set 2



Forces/Moments (2nd Vector)



F3



Force Set 3



Forces/Moments (3rd Vector)



Force Set 9



Forces/Moments (9th Vector)



… F9 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 :



Page 4



CAESAR II TRAINING



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 Page 5



CAESAR II TRAINING 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.



Page 6



CAESAR II TRAINING 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 2



2



(SUS)



sqrt (Sb + 4 St ) < f [ 1.25 (Sc+Sh) - Sl ]



(EXP)



Fax/A + Sb + Slp < k Sh



(OCC) Page 7



CAESAR II TRAINING 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 If FAC = 0.001 (buried, but soil restraints modeled) Fax/A - n SHOOP + Sb + SHOOP (If Slp + Fax/A is compressive) If FAC = 0.0 (fully above ground) Slp + Fax/A + Sb + SHOOP (If Slp + Fax/A is compressive) (Slp + Sb + Fax/A) (1.0 - FAC) sqrt ( Sb2 + 4 St2 ) (Slp + Sb + Fax/A) (1.0 - FAC)



6.2.4



< 0.9 (Syield)



(OPE)



< 0.9 (Syield)



(OPE)



< 0.9 (Syield)



(OPE)



< (0.75) (0.72) (Syield) < 0.72 (Syield) < 0.8 (Syield)



(SUS) (EXP) (OCC)



ASME B31.8 – Gas Transmission and Distribution



For Restrained Pipe (as defined in Section 833.1): For Straight Pipe: Max(SL, SC) < 0.9ST < 0.9ST Max(SL, SC) SL < 0.9ST and SC < ST CAESAR II prints the controlling stress of the two SL = SP + SX + SB For All Other Components SL < 0.9ST



(OPE) (SUS) (OCC)* (OCC) *



(OPE, SUS, OCC)



For Unrestrained Pipe (as defined in Section 833.1): SL SE Where: SL =



< 0.75ST < f[1.25(SC + SH) – SL]



(SUS, OCC) (EXP)



SP + SX + SB Page 8



CAESAR II TRAINING SP =



0.3SHoop (for restrained pipe)



SX = SB =



0.5SHoop (for unrestrained pipe) R/A MB/Z (for straight pipe/bends with SIF = 1.0)



SC = MR = SE = ME = S= T= SH = SC = SU =



MR/Z (for other components) Max (|SHoop – SL|, sqrt[SL2 – SLSHoop + SHoop2]) sqrt[(0.75iiMi)2 + (0.75ioMo)2 + Mt2] ME/Z sqrt[(0.75iiMi)2 + (0.75ioMo)2 + Mt2] Specified Minimum Yield Stress Temperature Derating Factor 0.33SUT 0.33SU Specified Minimum Ultimate Tensile Stress



B31.8 Chapter VIII Hoop Stress: Longitudinal Stress: Equivalent Stress: Where: S= F1 =



T=



Sh £ F1 S T |SL| £ 0.8 S Se £ 0.9 S



(OPE, SUS, OCC) (OPE, SUS, OCC) (OPE, SUS, OCC)



Specified Minimum Yield Strength Hoop Stress Design Factor (0.50 or 0.72, see Table A842.22 of the B31.8 Code) Temperature Derating Factor (see Table 841.116A of the B31.8 Code)



Page 9



CAESAR II TRAINING 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 :



Page 10



CAESAR II TRAINING



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)



Page 11



CAESAR II TRAINING



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:



Page 12



CAESAR II TRAINING (stress report)



(Restrain Report)



(Displacement Report)



Page 13



CAESAR II TRAINING 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 :



Page 14



CAESAR II TRAINING 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 :



Page 15



CAESAR II TRAINING 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 :



Page 16



CAESAR II TRAINING



(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



Page 17



CAESAR II TRAINING memberikan “Anchor Block” pada saat sebelum pipa naik ke atas permukaan tanah dan pada saat pipa turun kembali ke dalam tanah.



Page 18



CAESAR II TRAINING 8. LATIHAN PEMODELAN KOMPLEKS 8.1



Desain and Analisa -



Buatlah dan Analisa system piping dari gambar Desain Isometrik di bawah ini :



Page 19



CAESAR II TRAINING



Page 20



CAESAR II TRAINING 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 :



Page 21



CAESAR II TRAINING



Page 22



CAESAR II TRAINING



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 :



Page 23



CAESAR II TRAINING



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



Page 24



CAESAR II TRAINING 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



Page 25



CAESAR II TRAINING -



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) Page 26



CAESAR II TRAINING 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)



•



10.2



Analisa dan melihat hasil perhitungan



Analisa Harmonis



Langkah-langkah untuk Analisa Harmonis : •



Mendefinisikan frekuensi eksitasi (Exicitation Frequency)



•



Mendefinisikan gaya atau perpindahan dari beban harmonis (Harmonic Forces atau Harmonic Displacement)



Page 27



CAESAR II TRAINING •



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) Page 28



CAESAR II TRAINING •



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)



Page 29



CAESAR II TRAINING •



Menambah kekakuan model statik (Snubber)



•



Mengontrol parameter analisa dinamik, antara lain metode kombinasi dari modus getar (Control Parameter)



•



Analisa dan melihat hasil perhitungan



Page 30