tutorial caesar.pdf

7/22/2019 Tutorial caesar.pdf

1/60

CAESAR II TUTORIAL I

Page 1

BY ANDREY PURUHITA

Table of Contents

1. INTRODUCTION.......................................................................................................................... 2

1.1 Philosophy ............................................................................................................................... 2

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

2. 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

3. PIPE STRESS REQUIREMENT.............................................................................................. 11

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

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

4. 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

5. 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


2/60

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


3/60


Page 2

BY ANDREY PURUHITA

1. INTRODUCTION

1.1Philosophy

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


4/60


Page 3

BY ANDREY PURUHITA

1.2 Tentang Caesar II

CAESAR II adalah program computer untuk perhitungan Stress Analysis yangmampu 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.


5/60


Page 4

BY ANDREY PURUHITA

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


6/60


Page 5

BY ANDREY PURUHITA

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


7/60


Page 6

BY ANDREY PURUHITA

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 / strukturdengan 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.


8/60


Page 7

BY ANDREY PURUHITA

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 :


9/60


Page 8

BY ANDREY PURUHITA

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 :


10/60


Page 9

BY ANDREY PURUHITA

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.


11/60


Page 10

BY ANDREY PURUHITA

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:


12/60


Page 11

BY ANDREY PURUHITA

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

3.1Tegangan 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


13/60


Page 12

BY ANDREY PURUHITA

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/AIGE/TD/12 (2003) N/A

DnV (1996) N/A

EN-13480 (3/2002) N/A

GPTC/192 (1998) N/A


14/60


Page 13

BY ANDREY PURUHITA

4. INPUT PIPING

4.1Spreadsheet 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.


15/60


Page 14

BY ANDREY PURUHITA

Untuk membuat input berikutnya kita pilih continue pada navigation tools seperti di

bawah ini :

4.2Data 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


16/60


Page 15

BY ANDREY PURUHITA

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 mempergunakan data temperature tersebut untuk

mendapatkan thermal strain/regangan akibat temperature 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


17/60


Page 16

BY ANDREY PURUHITA

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 bendcheckbox 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


18/60


Page 17

BY ANDREY PURUHITA

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 olehCAESAR II.


19/60


Page 18

BY ANDREY PURUHITA

5. APLIKASI KHUSUS

5.1Bend, 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 beradaabove ground ( di atas tanah).

Contoh di bawah ini menunjukkan cara membuat elbow

dalam spreadsheet :


20/60


Page 19

BY ANDREY PURUHITA

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


21/60


Page 20

BY ANDREY PURUHITA

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 kalidiameter 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.

R

X

Y

Tampilan berikut memperlihatkan bending sebesar 22.50

pada node 30.


22/60


Page 21

BY ANDREY PURUHITA

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 :


23/60


Page 22

BY ANDREY PURUHITA

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.


24/60


Page 23

BY ANDREY PURUHITA

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 :


25/60


Page 24

BY ANDREY PURUHITA

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 :


26/60


Page 25

BY ANDREY PURUHITA

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.


27/60


Page 26

BY ANDREY PURUHITA

5.2Restrain, 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 ............................................................... GUI5 - 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


28/60


Page 27

BY ANDREY PURUHITA

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 drawingdari input di atas :


29/60


Page 28

BY ANDREY PURUHITA

(simple hanger design)

5.2.3 Flexible Nozzle

Funsi tampilan di atas adalah sebagai pelengkap untuk

mendeskripsikan koneksi fleksibel nozzle pada pipa. 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.


30/60


Page 29

BY ANDREY PURUHITA

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.


31/60


Page 30

BY ANDREY PURUHITA

5.3Latihan

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


32/60

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 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,


33/60

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 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


34/60

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 :


35/60

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


36/60

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 kombinasiantara 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.


37/60

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 factorsSh = 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)


38/60

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 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 II prints 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


39/60

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[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)


40/60

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 :


41/60

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)


42/60

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:


43/60

CAESAR II TRAINING

Page 13

(stress report)

(Restrain Report)

(Displacement Report)


44/60

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 :


45/60

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 boxseperti di bawah ini :


46/60

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 :


47/60

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


48/60

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.


49/60

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 :


50/60

CAESAR II TRAINING

Page 20


51/60

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

:


52/60

CAESAR II TRAINING

Page 22


53/60

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 :


54/60

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


55/60

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


56/60

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)


57/60

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)


58/60

CAESAR II TRAINING

Page 28


(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)


10.4 Analisa Spektrum Gaya

Langkah-langkah untuk analisa spektrum gaya :

Mendefinisikan spektrum reponse: rubah beban impuls

menjadi spektrum (Spectrum Definition)


59/60

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)




(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)




(Lumped Masses)


60/60

CAESAR II TRAINING


(Snubber)

Mengontrol parameter analisa dinamik, antara lain metode

kombinasi dari modus getar(Control Parameter)


tutorial caesar.pdf

Documents