Laporan Keselamatan Struktural: Roti Proa II

Laporan ini mendokumentasikan analisis validasi struktural untuk Roti Proa II (RP2), kapal wisata harian surya-listrik 9 meter. Semua analisis menggunakan konfigurasi beaching (layar digulung, kemudi diangkat) yang mewakili kapal dalam kondisi diam paling umum.

Tanggal Validasi: Dihasilkan secara otomatis dari model CAD Faktor Keamanan yang Diperlukan: 2.0 Hasil Keseluruhan: LULUS

← Kembali ke Ringkasan RP2

Ringkasan Eksekutif

Rangkaian validasi struktural RP2 menganalisis kapal di bawah sebelas skenario beban yang mencakup beban statis, dampak gelombang dinamis, gaya angin, dan kondisi operasional. Semua tes struktural lulus dengan faktor keamanan melebihi minimum yang diperlukan yaitu 2,0.

Tes	Deskripsi	Faktor Keamanan	Hasil
Ama Tergantung	Lentur kantilever aka	3.27	PASS
Beban Titik Aka	Kru berdiri di aka	5.74	PASS
Satu Ujung Ditopang	Lentur spine	16.5	PASS
Beban Angin Tiang	Angin 25 knot pada layar	3.16	PASS
Penopang Diagonal	Beban lateral (miring)	33.6	PASS
Hantaman Gelombang (Vertikal)	Dampak 3 m/s, dinamis 2,5×	4.46	PASS
Hantaman Gelombang Frontal	Dampak depan-belakang	5.23	PASS
Hantaman Gelombang Samping	Dampak lateral	4.46	PASS
Sling Pengangkat	Angkat crane V-sling	6.16	PASS
Beban Gunwale	Distribusi beban ke lambung	12.24	PASS
Kecepatan Angin Angkat Ama	Batas stabilitas	21.4 knot	INFO

1. Ama Tergantung (Lentur Aka)

Skenario

Cadik (ama) kehilangan semua dukungan daya apung—misalnya, ketika kapal miring sehingga ama terangkat sepenuhnya keluar dari air, atau selama transportasi di trailer. Seluruh berat struktur cadik tergantung dari aka (balok silang), yang bertindak sebagai kantilever yang memanjang dari vaka (lambung utama).

Metode

Setiap aka dimodelkan sebagai balok kantilever yang terjepit di gunwale vaka. Massa cadik dibagi menjadi:

Beban ujung: Massa terkonsentrasi di ujung aka (ujung ama, tepi panel surya, dasar pilar)
Beban terdistribusi: Massa tersebar sepanjang panjang aka (panel surya, kabel, elemen struktural)

Momen lentur pada sambungan vaka adalah:

\[M = F_{ujung} \times L + F_{terdistribusi} \times \frac{L}{2}\]

di mana L adalah panjang kantilever dari vaka ke pilar. Tegangan lentur dihitung menggunakan teori balok:

\[\sigma = \frac{M}{S}\]

di mana S adalah modulus penampang dari penampang berongga persegi panjang (RHS) aka.

Asumsi

Penampang aka: 76.2x101.6x4.5 mm RHS
Material: Aluminium 6061-T6 (kekuatan luluh 240 MPa)
Empat aka berbagi beban secara merata
Tumpuan terjepit di vaka (konservatif—sambungan aktual memiliki beberapa kelenturan)
Sumbu kuat (tinggi 101,6 mm) menahan lentur vertikal

Hasil

Parameter	Nilai
Massa cadik	402.8 kg
Panjang kantilever	4.374 m
Tegangan lentur maksimum	73.5 MPa
Defleksi maksimum	122.0 mm
Faktor Keamanan	3.27

2. Beban Titik Aka (Kru Berdiri)

Skenario

Selama naik kapal, pemeliharaan, atau situasi darurat, anggota kru mungkin perlu berdiri di aka. Tes ini memvalidasi kapasitas aka untuk menopang berat kru terkonsentrasi di lokasi terburuk (tengah bentang).

Metode

Aka dimodelkan sebagai balok dengan tumpuan sederhana dengan:

Tumpuan di gunwale vaka (dalam)
Tumpuan di pilar (luar, di ama)

Beban titik di tengah bentang menghasilkan momen lentur maksimum:

\[M_{max} = \frac{P \times L}{4}\]

di mana P adalah berat kru dan L adalah bentang antara tumpuan.

Asumsi

Massa kru: 150.0 kg (sekitar dua orang)
Posisi beban: tengah bentang (kasus terburuk)
Kondisi tumpuan sederhana (konservatif untuk perhitungan momen)

Hasil

Parameter	Nilai
Bentang (vaka ke pilar)	4.95 m
Beban titik	1472 N
Tegangan lentur maksimum	41.79 MPa
Defleksi maksimum	24.3 mm
Faktor Keamanan	5.74

3. Satu Ujung Ditopang (Lentur Spine)

Skenario

Ama ditopang di satu ujung saja (misalnya, beristirahat di pantai atau dermaga) sementara ujung lainnya menggantung bebas. Ini menciptakan lentur pada spine (balok longitudinal yang menghubungkan bagian ama) saat aka memberikan dukungan perantara dengan kekakuan bervariasi.

Metode

Ama dimodelkan sebagai balok kontinu dengan:

Tumpuan terjepit di satu ujung (kontak pantai/dermaga)
Tumpuan elastis di setiap lokasi aka (fleksibilitas aka dimodelkan sebagai pegas)
Beban terdistribusi dari struktur cadik

Kekakuan pegas aka diturunkan dari defleksi balok kantilever:

\[k_{aka} = \frac{3EI}{L^3}\]

Analisis distribusi momen menentukan reaksi di setiap tumpuan dan momen lentur maksimum pada spine.

Asumsi

Penampang spine: SHS 76,2×76,2×4,5 mm aluminium
Empat aka dengan jarak sama sepanjang spine
Satu ujung sepenuhnya terjepit (konservatif)
Kekakuan aka dihitung dari properti kantilever

Hasil

Parameter	Nilai
Panjang spine	5.97 m
Total massa cadik	434.77 kg
Tegangan spine maksimum	14.55 MPa
Faktor Keamanan	16.5

4. Beban Angin Tiang

Skenario

Tiang mengalami beban lentur yang signifikan saat berlayar dalam angin kencang. Gaya layar bekerja pada pusat usaha (CE), menciptakan momen terhadap mast partner (tumpuan setingkat dek).

Metode

Gaya angin pada layar diestimasi menggunakan:

\[F = \frac{1}{2} \rho V^2 C_d A\]

di mana ρ adalah kerapatan udara, V adalah kecepatan angin, C_d adalah koefisien hambatan, dan A adalah luas layar. Tiang dianalisis untuk:

Tegangan lentur di partner
Tegangan geser di partner
Interaksi aksial-lentur gabungan (tekuk kolom)
Tekuk lokal (pemeriksaan rasio D/t)

Asumsi

Kecepatan angin: 25.0 knot
Layar tegak lurus terhadap angin (gaya maksimum)
Penampang tiang: diameter 152.4 mm × dinding 6.35 mm
Material: Aluminium 6061-T6
Tiang tanpa stay (tanpa shroud atau stay)

Hasil

Parameter	Nilai
Luas layar	30.25 m²
Gaya angin	3524 N
Tegangan lentur di partner	75.91 MPa
Rasio D/t	24.0 (< 50 OK)
Faktor Keamanan	3.16

5. Penopang Diagonal (Beban Lateral)

Skenario

Ketika kapal miring (di sisinya selama beaching, atau terbalik setelah capsize), berat cadik menciptakan gaya lateral pada penopang diagonal yang menghubungkan pilar ke aka. Penopang ini harus menahan kompresi dan tarik tergantung pada orientasi.

Metode

Gaya lateral sama dengan berat cadik ketika kapal sepenuhnya di sisinya:

\[F_{lateral} = m_{cadik} \times g\]

Gaya ini didistribusikan di antara semua penopang diagonal. Setiap penopang diperiksa untuk:

Kompresi: Tekuk Euler dan luluh tekan
Tarik: Luluh tarik

Mode kritis adalah tekuk Euler untuk elemen kompresi langsing:

\[\sigma_{cr} = \frac{\pi^2 E}{(L/r)^2}\]

di mana L/r adalah rasio kelangsingan.

Asumsi

Penampang penopang: SHS 25.4x3 mm
Panjang penopang: 815 mm
Sudut penopang: 45.0° dari horizontal
Jumlah penopang: 8
Sambungan berujung pin (konservatif untuk tekuk)

Hasil

Parameter	Nilai
Massa cadik	402.8 kg
Gaya per penopang	699 N
Rasio kelangsingan	88
Mode dominan	buckling
Faktor Keamanan	33.6

6. Hantaman Gelombang (Vertikal)

Skenario

Saat berlayar dalam gelombang, ama dapat menghantam permukaan air dengan kecepatan signifikan, menciptakan beban hidrodinamik impulsif. Tes ini menganalisis hantaman gelombang vertikal—ama menghantam air dari atas.

Metode

Tekanan hantaman diestimasi menggunakan rumus palu air:

\[P = \frac{1}{2} \rho V^2 C_p\]

di mana V adalah kecepatan dampak dan C_p adalah koefisien tekanan. Faktor amplifikasi dinamis memperhitungkan respons struktural terhadap pembebanan impulsif.

Jalur beban adalah: gelombang → pilar → penopang diagonal → aka → vaka

Aka dimodelkan sebagai kantilever yang ditopang dengan:

Tumpuan terjepit di vaka
Tumpuan pegas elastis di sambungan penopang diagonal

Asumsi

Kecepatan dampak: 3.0 m/s
Faktor dinamis: 2.5×
Koefisien hantaman: 1.5
Luas efektif ama: 1.72 m² (perendaman parsial)
Penopang memberikan dukungan elastis ke aka

Hasil

Parameter	Nilai
Tekanan hantaman	6.92 kPa
Total gaya hantaman	29759 N
Tegangan aka	41.99 MPa (SF=5.72)
Tegangan penopang	19.57 MPa (SF=4.46)
Tegangan spine	53.62 MPa (SF=4.48)
Komponen Dominan	diagonal_braces
Faktor Keamanan	4.46

7. Hantaman Gelombang Frontal

Skenario

Ama menghadapi gelombang secara langsung, menciptakan gaya dampak depan-belakang. Beban ini ditahan oleh penopang silang bentuk-X antara pilar bersebelahan.

Metode

Gaya hantaman frontal dihitung dari luas penampang melintang ama. Penopang-X bekerja sebagai sistem tarik-saja: saat dibebani, diagonal kompresi tekuk (karena kelangsingan ekstrem), dan diagonal tarik membawa beban penuh.

Rasio kelangsingan penopang menentukan perilaku:

\[\lambda = \frac{L}{r} > 100 \implies \text{perilaku tarik-saja}\]

Asumsi

Luas frontal ama: 0.1075 m² (penampang lingkaran)
Diameter penopang silang: 5 mm (batang solid)
Panjang penopang: 2060 mm
Jumlah pasangan penopang-X: 3
Koefisien hantaman: 2.0 (badan tumpul)

Hasil

Parameter	Nilai
Gaya hantaman frontal	2480 N
Rasio kelangsingan	1648
Mode	yielding (tension-only)
Tarik per penopang	901 N
Tegangan	45.91 MPa
Faktor Keamanan	5.23

8. Hantaman Gelombang Samping

Skenario

Gelombang menghantam ama dari samping (melintang kapal), menciptakan gaya lateral. Penopang pilar diagonal menahan beban ini dalam kompresi.

Metode

Gaya hantaman lateral dihitung dari luas sisi proyeksi ama (panjang × diameter). Penopang diagonal mengambil komponen horizontal dari gaya ini.

Asumsi

Parameter hantaman sama dengan hantaman gelombang vertikal
Penopang diagonal pada 45° mengambil beban horizontal
Tekuk dominan untuk penopang kompresi

Hasil

Parameter	Nilai
Gaya hantaman samping	29759 N
Gaya per penopang	5261 N
Beban tekuk Euler	23468 N
Faktor Keamanan	4.46

9. Sling Pengangkat (Operasi Crane)

Skenario

Kapal diangkat dengan crane untuk peluncuran, pengangkatan keluar, atau transportasi. Konfigurasi V-sling menggunakan 4 kait, masing-masing terhubung dengan dua tali ke aka bersebelahan, mendistribusikan beban ke seluruh elemen struktural.

Metode

V-sling menciptakan 8 titik sambungan. Setiap tali membawa sebagian dari beban vertikal, dengan tegangan yang meningkat karena sudut-V:

\[T = \frac{F_{vertikal}}{\cos(\theta)}\]

Pemeriksaan meliputi:

Lentur aka (semua 4 aka berpartisipasi)
Tegangan lokal di titik sambungan sling
Kapasitas tegangan tali/sling
Lentur kapal global antara tumpuan

Asumsi

Total massa kapal: 2350.0 kg
Sudut-V dari vertikal: 25.3°
Tipe sling: Sling datar polyester 50mm (WLL 2000 kg)
Jarak aka: 1.89 m

Hasil

Komponen	Tegangan/Beban	Faktor Keamanan
Lentur aka	35.82 MPa	6.7
Sambungan sling	22.71 MPa	10.57
Tegangan tali	3187 N	6.16
Lentur global	0.76 MPa	32.99
Dominan	rope_tension	6.16

10. Distribusi Beban Gunwale

Skenario

Aka mentransfer semua beban cadik ke vaka melalui gunwale. Tes ini memvalidasi bahwa gunwale kayu (3” × 2”, diikat fiberglass ke lambung) dapat membawa dan mendistribusikan beban aka yang terkonsentrasi.

Metode

Gunwale dimodelkan sebagai balok pada pondasi elastis. Panjang karakteristik di mana beban menyebar adalah:

\[\lambda = \left(\frac{4EI}{k}\right)^{0.25}\]

di mana k adalah kekakuan pondasi (kulit lambung menopang gunwale).

Pemeriksaan meliputi:

Tegangan lentur gunwale
Tegangan tumpu (kayu tegak lurus serat)
Geser ikatan (sambungan fiberglass ke lambung)

Asumsi

Penampang gunwale: 76.2 × 50.8 mm
Material: Douglas fir atau sejenisnya (lentur izin 50 MPa, tumpu 10 MPa)
Geser ikatan fiberglass izin: 5 MPa
Beban desain: hantaman gelombang (dominan atas ama tergantung statis)

Hasil

Pemeriksaan	Tegangan	Izin	Faktor Keamanan
Lentur gunwale	4.09 MPa	50 MPa	12.24
Tumpu (tegak lurus serat)	0.38 MPa	10 MPa	26.01
Geser ikatan	0.2 MPa	5 MPa	24.86

Distribusi Beban: Jarak aka (1890 mm) adalah 4.2× dari panjang distribusi (450 mm), sehingga beban independent.

11. Kecepatan Angin Angkat Ama (Informasional)

Skenario

Perhitungan informasional ini menentukan kecepatan angin di mana momen kemiringan (angin dari sisi ama) sama dengan momen penegak maksimum, menyebabkan ama terangkat sepenuhnya dari air.

Metode

Momen kemiringan dari gaya angin adalah:

\[M_{kemiringan} = F_{angin} \times h_{CE}\]

di mana h_CE adalah tinggi pusat usaha layar di atas sumbu kemiringan. Ini dibandingkan dengan momen penegak maksimum dari analisis kurva GZ.

Hasil

Parameter	Nilai
Total luas layar	60.5 m²
Tinggi CE	2.7 m
Momen penegak maksimum	13957 N·m
Kecepatan angin angkat ama	21.4 knot

Catatan: Ini adalah kecepatan angin teoretis dengan layar penuh dan tanpa penyesuaian berat kru. Dalam praktiknya, kru dapat bergerak ke sisi angin dan layar dapat di-reef.

Ringkasan Penilaian Keselamatan

Integritas Struktural Keseluruhan

Desain struktural Roti Proa II lulus semua tes validasi dengan faktor keamanan melebihi minimum yang diperlukan yaitu 2,0. Struktur mendemonstrasikan kekuatan dan kekakuan yang memadai untuk:

Operasi normal: Berlayar, bermotor, berlabuh, beaching
Kejadian dinamis: Dampak hantaman gelombang dari berbagai arah
Operasi penanganan: Pengangkatan crane, transportasi trailer
Skenario darurat: Capsize, kru di balok silang

Jalur Beban Kritis

Cadik ke Vaka: Beban ditransfer melalui aka → gunwale → lambung
Dampak Gelombang: Gaya didistribusikan melalui pilar → penopang → aka
Beban Angin: Gaya layar ditransfer melalui tiang → partner → lambung

Rekomendasi

Titik Inspeksi: Inspeksi berkala sambungan aka-gunwale, las penopang diagonal, dan ikatan fiberglass
Operasi Pengangkatan: Gunakan konfigurasi V-sling dengan 4 kait ke aka bersebelahan
Batas Hantaman Gelombang: Kecepatan dampak 3 m/s mewakili kondisi moderat; hindari kondisi gelombang ekstrem
Batas Angin: Tiang divalidasi untuk 25 knot; reef layar dalam kondisi lebih kencang

Perangkat Lunak Validasi

Laporan ini dihasilkan secara otomatis dari model CAD parametrik menggunakan modul validate-structure. Kode sumber: github.com/shipshape-marine/solar-proa

← Kembali ke Ringkasan RP2

Lihat Analisis Stabilitas & Daya Apung →