Finite Element Analysis (FEA/FEM) pada pressure vessel

Penggunaan Finite Element Method (FEM) dalam desain dan analisis pressure vessel merupakan salah satu metode yang terbilang baru dari perspektif kode ASME. Finite Element method pertama kali menjadi alat yang sangat berguna bagi para desainer sejak awal tahun 1960an.

Kehadiran ASME Nuclear code, section III, yang pertamakali ditunjukkan pada tahun 1964 menyediakan prosedur “desain menggunakan analisis”. Hingga saat ini, pressure vessel didesain menggunakan prosedur pendekatan “desain menggunakan persamaan”, yang digunakan pada ASME Code section VIII, division 1. Metode desain menggunakan persamaan menggunakan peraturan eksplisit untuk menentukan ketebalan dinding heads, shells, reinforcement disekitar bukaan serta beberapa detail lainya dari vessel. Adapun terdapat beberapa aturan tambahan untuk mempertimbangkan fitur-fitur tambahan seperti diskontinuitas antar komponen yang berbeda serta struktur yang diijinkan juga diilustrasikan.

Kekuarangan dari aturan-aturan ini adalah, tentu saja, mereka tidak dapat mencakup detail-detail yang diinginkan oleh desainer, terutama desain inovatif. Sebagai contoh, Section VIII, division 1 memberikan beberapa peringatan untuk desainer mempertimbangkan efek gradasi termal, beban pipa, beban nozzle, beban fluktuatif, seismic, angin dan lain sebagainya, naumn sayangnya tidak banyak terdapat petunjuk spesifik atau persamaan untuk mencakup hal-hal tersebut. Selanjutnya, tegangan yang diijinkan yang diberikan dari kode tersebut berdasarkan tegangan pada membrane rata-rata yang sangat disederhanakan. Di sisi lain, misalkan beban termal, menghasilkan jenis tegangan yang berbeda yang tidak dapat dibatasi oleh nilai S dalam kode.

Section III dan section VIII, divisi 2, yang keluar beberapa tahun setelah section III, keduanya menggunakan konsep desain berdasarkan analisis. Aturan-aturan ini memfasilitasi desainer dengan berbagai Batasan tegangan, masing-masing dikembangkan untuk menghindari kegagalan dari berbagai mode. Tegangan-tegangan tersebut diklasifikasikan sebagai tegangan primer, sekunder, peak dan lain-lain. Setiap kategori dari tegangan memiliki batas tegangan yang berbeda-beda.

Pada awal evaluasi dari pressure vessel yang digunakan untuk aplikasi nuklir dilakukan berdasarkan analisis diskontinuitas. Teknik ini hanya dapat digunakan untuk vessel dengan bentuk-bentuk yang sederhana, seperti silinder, cone, ring dan lain-lain. Tegangan yang dihitung dengan menyamakan displacement dan rotasi dari tiap section (compatibility) dengan mempertimbangkan kesetimbangan gaya. Metode ini sangat berguna dan menjadi basis dari desain flange. Permasalahanya adalah, waktu yang digunakan terlalu lama dan Teknik untuk engineer yang menyiapkan persamaan dan menyelesaikanya, serta kemampuanya yang terbatas untuk geometri yang kompleks.

Program finite element komersial yang pertama kali dikembangkan pada awal hingga pertengahan tahun 1960an. Permulaan pengembangan program ini sedikit banyak hanyalah automasi analisis diskontinuitas. Elemen conical digunakan untuk memod;lan bentuk axisymmetric. Setiap elemen sangatlah penting untuk conical shell atau ring yang pendek. Beban yang digunakan pada tiap elemen dibuat memenuhi kesetimbangan dan kompatibilitas untuk mendapatkan solusi. Kemudian seiring berkembangnya teknologi ini, metode yang digunakan menjadi semakin advance.

simulasi pressure vessel dengan FEA code_aster

Kemudian, desain komponen-komponen dengan beban sekunder seperti misalkan perpipaan, manhole, flange, beserta sambungan-sambungan detail lainya sering kali tidak tercakup pada standar desain pressure vessel, sehingga Finite Element Method juga cukup berperan pada desain komponen-komponen tersebut. Berikut adalah contoh analisis desain komponen-komponen sekunder yang berada di roof sebuah pressure vessel:

meshing pada komponen-komponen bagian atas pressure vessel dengan SALOME_MECA

Mesh lebih detail dari flange dan komponen lainya dengan SALOME_MECA

Selain perhitungan kekuatan struktur yang dilakukan di atas, penggunaan FEA dapat juga untuk mengenalisis proses pengelasan yang dilakukan pada pressure vessel, seperti perhitungan distribusi temperature ataupun perhitungan residual stress. Selengkapnya >>klik di sini!

Meskipun memiliki kapabilitas dan hasil yang cukup detail dan komprehensif, namun bagi operator yang belum terbiasa menggunakan FEA dapat menjadi kesulitan tersendiri dalam mempelajari nya. Kami memberikan solusi berupa project support serta konsultasi simulasi pada pressure vessel.