ccitonline.com

BAB 1 Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

Kapal yang beroperasi di laut akan mengalami berbagai respon gerakan akibat pengaruh gelombang, salah satunya adalah gerakan heave atau gerakan naik-turun kapal. Analisis terhadap respon gerakan kapal termasuk dalam kajian seakeeping, yang berkaitan dengan kemampuan kapal dalam mempertahankan performa dan stabilitas saat beroperasi di perairan bergelombang. Analisis ini penting karena respon gerakan kapal dapat mempengaruhi kenyamanan, keselamatan, dan performa operasional kapal.

Saat ini, analisis seakeeping dapat dilakukan menggunakan perangkat lunak hidrodinamika seperti ANSYS AQWA, yang mampu mensimulasikan respon kapal terhadap variasi kondisi gelombang dan kecepatan kapal. Namun, selain menggunakan software, respon gerakan kapal juga dapat dimodelkan secara matematis menggunakan persamaan diferensial orde dua. Pada penelitian ini, gerakan heave kapal dimodelkan sebagai sistem dinamis satu derajat kebebasan (1-DOF) yang kemudian diselesaikan menggunakan metode numerik Runge–Kutta orde 4 (RK4).

Hasil perhitungan numerik tersebut kemudian dibandingkan dengan hasil simulasi ANSYS AQWA untuk melihat kesesuaian karakteristik respon gerakan kapal terhadap gelombang. Dengan pendekatan ini, penelitian tidak hanya menampilkan hasil simulasi software, tetapi juga menunjukkan penerapan metode numerik dalam penyelesaian sistem dinamis pada bidang teknik perkapalan.

1.2 Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memodelkan gerakan heave kapal menggunakan persamaan diferensial orde dua dan menyelesaikannya menggunakan metode numerik Runge–Kutta orde 4. Selain itu, penelitian ini juga bertujuan untuk menganalisis pengaruh gelombang terhadap respon heave kapal pada domain waktu.

Penelitian ini juga bertujuan untuk membandingkan hasil perhitungan numerik sederhana dengan hasil simulasi menggunakan ANSYS AQWA sehingga dapat diketahui kesesuaian karakteristik respon gerakan kapal yang diperoleh dari kedua pendekatan tersebut.

1.3 Limitasi Permodelan

Pada penelitian ini, analisis hanya difokuskan pada gerakan heave kapal dan tidak membahas gerakan lain seperti pitch maupun roll. Model kapal diasumsikan sebagai sistem linier satu derajat kebebasan (1-DOF) dengan gaya gelombang berbentuk sinusoidal.

Metode numerik yang digunakan dibatasi pada metode Runge–Kutta orde 4 (RK4) untuk menyelesaikan persamaan diferensial gerakan kapal pada domain waktu. Selain itu, simulasi ANSYS AQWA digunakan hanya sebagai pembanding terhadap hasil model numerik sederhana yang telah dibuat.

BAB 2 DASAR TEORI

2.1 Seakeeping

Seakeeping merupakan kajian dalam hidrodinamika kapal yang membahas respon gerakan kapal akibat pengaruh gelombang laut. Respon tersebut dapat berupa gerakan translasi maupun rotasi, seperti heave, pitch, dan roll. Karakteristik respon kapal dipengaruhi oleh ukuran kapal, bentuk lambung, arah datang gelombang, serta kondisi kecepatan kapal saat beroperasi.

Pada penelitian ini, gerakan yang dianalisis difokuskan pada heave, yaitu gerakan naik-turun kapal terhadap permukaan air. Gerakan heave terjadi akibat adanya gaya eksitasi gelombang yang bekerja secara vertikal pada kapal. Respon heave yang terlalu besar dapat mempengaruhi kenyamanan operasional kapal serta menunjukkan adanya kecenderungan resonansi pada frekuensi tertentu.

2.2 Persamaan Gerak Kapal

Gerakan heave kapal dapat dimodelkan sebagai sistem dinamis massa–pegas–peredam dengan satu derajat kebebasan (1-DOF). Model ini mempertimbangkan pengaruh massa kapal, redaman hidrodinamik, serta gaya pemulih akibat buoyancy terhadap respon gerakan kapal.

Persamaan gerak heave yang digunakan pada penelitian ini dinyatakan sebagai:

(m+a)z¨(t)+bz˙(t)+ρgAw​z(t)=F0​sin(ωt)

di mana $m$ adalah massa kapal, $a$ merupakan added mass, $b$ adalah koefisien redaman, $\rho g A_w$ menyatakan gaya pemulih hidrostatik, dan $F_0 \sin(\omega t)$ merupakan gaya eksitasi gelombang terhadap kapal. Persamaan diferensial tersebut digunakan untuk menggambarkan respon gerakan heave kapal terhadap waktu.

2.3 Metode Runge–Kutta Orde 4

Metode Runge–Kutta orde 4 (RK4) merupakan salah satu metode numerik yang umum digunakan untuk menyelesaikan persamaan diferensial. Metode ini bekerja dengan menghitung solusi secara bertahap pada interval waktu tertentu (time step) sehingga respon sistem dapat diperoleh secara numerik terhadap perubahan waktu.

Pada penelitian ini, metode RK4 digunakan untuk menyelesaikan persamaan gerak heave kapal sehingga diperoleh respon perpindahan heave terhadap waktu. RK4 dipilih karena memiliki tingkat akurasi yang baik dan relatif stabil dalam menyelesaikan sistem dinamis berbasis domain waktu.

2.4 ANSYS AQWA

ANSYS AQWA merupakan perangkat lunak hidrodinamika yang digunakan untuk menganalisis respon struktur terapung terhadap gelombang laut. AQWA bekerja menggunakan pendekatan potential flow theory dan Boundary Element Method (BEM) untuk menghitung parameter hidrodinamika seperti added mass, radiation damping, dan respon gerakan kapal.

Pada penelitian ini, ANSYS AQWA digunakan sebagai pembanding terhadap hasil perhitungan numerik sederhana menggunakan metode RK4. Hasil simulasi AQWA berupa respon gerakan kapal terhadap variasi frekuensi gelombang digunakan untuk melihat kesesuaian karakteristik respon heave yang diperoleh dari model numerik.