Simulasi Kekuatan Pressure Vessel Menggunakan Ansys Mechanical
Penulis: Riqy Rizqyandra – CAE Engineer PT Optimaxx Prima Teknik (2023)
PENDAHULUAN
Pressure vessel merupakan sebuah wadah untuk menampung gas atau cairan bertekanan tinggi. Berbentuk seperti tabung dengan kedua ujung berbentuk bola setengah lingkaran. Pressure vessel ada yang didesain secara horizontal maupun vertikal. Pada tulisan kali ini penulis akan mensimulasikan pressure vessel. Untuk memastikan desain pressure vessel aman dari tekanan tinggi maka perlu dilakukan simulasi. Tujuan dari simulasi ini adalah untuk mencari hoop stress dan axial stress yang muncul lalu membandingkannya dengan kekuatan material tersebut. Hasil stress yang didapat pada simulasi dapat kita bandingkan secara teoritis melalui perhitungan tangan.
PRE-PROCESSING
Pressure vessel memiliki diameter luar sebesar 762 mm dan ketebalan 20 mm. Panjang pressure vessel sebesar 4.5 m. Pressure vessel memiliki dua buah tumpuan. Mesh yang akan digunakan adalah tetrahedral.
SETUP
Material yang digunakan adalah structural steel. Memiliki density sebesar 7850 kg/m^3, Modulus elastisitas 200 GPa, dan yield strength 250 MPa. Pada seluruh permukaan dalam pressure vessel diberi tekanan sebesar 5 MPa. Pada bagian bawah kedua permukaan tumpuan diberi fixed support. Fixed support akan mencegah permukaan tersebut bergerak secara translasi dan rotasi. Pada bagian solution kita bisa insert normal stress pada arah y dan z untuk mendapatkan hoop stress dan axial stress. Selain itu kita juga bisa menambahkan total deformasi, equivalent stress, dan safety factor.
POST-PROCESSING
Terdapat dua persamaan untuk menghitung pressure vessel yaitu thin wall dan thick wall. Jika ketebalan lebih kecil sama dengan 10% dari radius terluar pressure vessel maka kita bisa menggunakan persamaan thin wall. Persamaan thin wall memberi tahu kita bahwa tidak ada distribusi stress sepanjang ketebalan pressure vessel. Nilai p merupakan tekanan di dalam pressure vessel, a merupakan radius dalam, dan t adalah ketebalan.
Berdasarkan gambar 13 penulis pengambil sampel probe pada bagian samping pressure vessel untuk mendapatkan hoop stress dan axial stress. Perbedaan hasil simulasi dengan perhitungan tangan kurang dari 5%. Pada gambar 10 menunjukan equivalent stress yang merupakan resultan dari normal stress dan shear stress. Rata-rata equivalent stress pada selimut tabung yang didapat dari simulasi sebesar 156.17 MPa. Nilai tersebut masih di bawah yield strength material yaitu 250 MPa. Nilai rata-rata safety factor pada selimut tabung sebesar 1.5. Hasil perbandingan analitis dan simulasi dapat dilihat pada tabel di bawah.
Referensi
J. Keith Nisbett, Richard G. Budynas. 2017. Mechanical Engineering Design 10th Edition. McGraw-Hill Education. USA.
0 comments