http://ejournal.undip.ac.id/index.php/kapal
1829-8370 (p)
2301-9069 (e)

## Normal Modes Analysis of Global Vibration pada Kapal Ikan
Tradisional Tipe Purse Seine Daerah Batang
Hafez Ahmad Taury 1) , Ahmad Fauzan Zakki 1)
1) Departemen Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Soedarto, SH, Kampus Undip Tembalang, Semarang, Indonesia 5027
diajukan pada : 27/05/18          direvisi pada : 01/06/18          diterima pada : 06/06/18

## Abstrak
Getaran kapal dapat diklasifikasikan menjadi getaran global dan getaran lokal. Getaran global kerap kali terjadi pada kapal yang sedang beroperasi akibat adanya resonansi global. Resonansi global disebabkan oleh getaran eksitasi yang memiliki  nilai  frekuensi  yang  sama  dengan  frekuensi  naturalnya.  Resonansi  global  dapat  menimbulkan  terjadinya konsentrasi  tegangan  yang  cukup  signifikan  pada  bagian  konstruksi.  Selain  itu,  resonansi  global  juga  dapat menyebabkan excessive deformation apabila terus diabaikan dalam waktu yang cukup lama. Artikel ini akan membahas getaran  global  pada  kapal  ikan  tradisional  tipe  purse  seine  di  daerah  Batang,  Jawa  Tengah.  Getaran  global  akan dianalisis  menggunakan  metode  normal  modes  dalam  software  MSC.  Nastran  Patran.  Dalam  analisis  ini  akan mengasumsikan  kapal  bermuatan  penuh  dan  bergetar  bebas  tanpa  boundary  condition.  Hasil  yang  didapat  dari analisis  ini  berupa  frekuensi  natural  pada  setiap  mode  getaran  globalnya.  Frekuensi  natural  yang  dihasilkan  antara lain 2,3481 Hz pada vertical vibration mode; 3,2081 Hz pada torsional vibration mode; dan 4,5596 Hz pada horizontal vibration  mode.  Setiap  frekuensi  natural  yang  dihasilkan  akan  dijumlahkan  dengan  frekuensi  koreksi  berdasarkan aturan Ship Vibration Control Guide 2000 guna dijadikan acuan dalam mencegah terjadinya resonansi global.
Copyright © 2018, KAPAL , 1829-8370 (p), 2301-9069(e)
Kata Kunci : Getaran Global, Resonansi Global, Normal Modes, Frekuensi Natural, Mode Getaran Global.

## 1. PENDAHULAN
Getaran  pada  kapal  dapat  diklasifikasikan menjadi getaran global dan getaran lokal. Getaran global  terjadi  karena  adanya  resonansi  global  [1]. Resonansi global disebabkan oleh getaran eksitasi yang  memiliki  nilai  frekuensi  yang  sama  dengan frekuensi  naturalnya  [2].  Resonansi  global  dapat menimbulkan  terjadinya  konsentrasi  tegangan yang  cukup  signifikan  pada  bagian  konstruksi. Selain itu, resonansi global juga dapat menyebabkan excessive deformation apabila terus diabaikan dalam waktu yang cukup lama [1].
Penelitian  mengenai  getaran  global  telah banyak dilakukan pada kapal-kapal besar dibeberapa negara seperti China dan Turki. Hal ini dapat  dibuktikan  melalui  artikel  international  [1]
dan  [3].  Penelitian  ini  menghasilkan  nilai frekuensi  natural  dari  kapal  pada  setiap  mode getaran  globalnya.  Nilai  frekuensi  natural  yang dihasilkan  akan  dijadikan  acuan  dalam  mencegah terjadinya resonansi global.
Para  pengrajin  kapal  kayu  di  daerah  Batang, Jawa  Tengah,  terus  melakukan  pembangunan kapal guna memenuhi kebutuhan kapal tradisional di daerah tersebut. Namun, pertimbangan mengenai resonansi global masih belum dilakukan dalam  proses  pembangunannya.  Oleh  sebab  itu, melalui  artikel  ini,  penulis  akan  membahas tentang getaran global  pada kapal ikan tradisional tipe purse seine daerah Batang, Jawa Tengah.
Tujuan  dari  pembahasan  ini  adalah  untuk mencegah ataupun mengurangi terjadinya resonansi  global  pada  kapal  tersebut.  Selain  itu, pembahasan  ini  juga  bertujuan  untuk  mengetahui
*) Penulis Korespondensi :
Email : Hafezahmadtaury@gmail.com

## JURNAL ILMU PENGETAHUAN & TEKNOLOGI KELAUTAN KAPAL
apakah getaran main engine yang digunakan dapat menyebabkan  terjadinya  resonansi  global  pada kapal tersebut.

## 2. METODE
Getaran  global  akan  dianalisis  menggunakan metode  normal  modes  dalam  software  MSC. Nastran  Patran.  Analisis  ini  akan  mengasumsikan kapal  bermuatan  penuh  dan  bergetar  bebas  tanpa boundary condition. Analisis ini akan menghasilkan  nilai  frekuensi  natural  pada  setiap mode getaran globalnya. Berdasarkan aturan Ship Vibration  Control  Guide  2000, untuk  mencegah terjadinya resonansi global, nilai frekuensi eksitasi yang  digunakan  harus  memiliki  selisih  sebesar ±8% −   ±10% , ±10% −   ±12% , ±12% − ±15% terhadap  frekuensi  naturalnya  [5].  Oleh sebab itu, hasil dari analisis ini  akan dijumlahkan dengan  frekuensi  koreksi  berdasarkan  nilai presentasi  yang  telah  diatur  dalam Ship  Vibration Control  Guide  2000 guna  dijadikan  acuan  dalam mencegah terjadinya resonansi global.

## 2.1. Pengumpulan Data
Data  yang  dibutuhkan  untuk  proses  analisis didapatkan  melalui survey secara  langsung dilapangan.  Alat  ukur  yang  digunakan  antara  lain meteran,  tali,  dan  benda  pemberat.  Meteran digunakan  untuk  mengukur  dimensi  struktur konstruksi  dan  ukuran  utama  kapal.  Tali  dan benda  pemberat  digunakan  sebagai  alat  bantu dalam  mengukur  bagian  lengkung  lambung  kapal dan  bagian  vertikal  seperti  tinggi  geladak  utama kapal.  Hasil  pengumpulan  data  dapat  dilihat  pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil Pengumpulan Data
Parameter Nilai LOA (m) 30 LWL (m) 24 B (m) 8,2 T (m) 2,6 H (m) 3,6 Vs (knot) 15 RPM Main Engine 1800 Displacement (ton) 350 ton

## 2.2. Pembuatan Lines Plan
Kapal ikan tradisional di daerah Batang, Jawa Tengah,  memiliki  ciri  khas  model  lambung dengan  bentuk  yang  identik.  Model  tersebut dibangun  tanpa  didasari  dengan  desain lines  plan melainkan didasari dengan keahlian dan kebiasaan secara turun temurun oleh para pengrajin kapal di daerah  tersebut.  Namun,  desain lines  plan
merupakan salah satu data yang sangat dibutuhkan dalam  proses  analaisis  ini.  Oleh  sebab  itu, pembuatan  desain lines  plan akan  dilakukan  oleh penulis  sebagai  tahap  awal  dalam  proses  analisis ini.
Gambar 1 menunjukan desain lines plan dari kapal  ikan  tradisional  daerah  Batang,  Jawa Tengah.  Proses  pembuatan  ini  dilakukan  dengan menggunakan software AutoCAD 2D.
Gambar 1. Desain Lines Plan

## 2.3. Validasi Desain Lines Plan
Tujuan  dari  validasi  desain  adalah  untuk memastikan kebenaran dari  koefisien design lines plan terhadap  data  objek  yang  diperoleh. Kebenaran tersebut dapat dipertimbangkan melalui data hydrostatic dan model 3D dari desain lines plan-nya.
Gambar 2. Model 3D Kapal Ikan Tradisional
Tabel 2. Data Hydrostatic Model 3D Parameter Nilai LWL(m) 23,946 meter B (m) 8,256 meter T (m) 2,6 meter Displacement (ton) 348,6 ton Cp 0,678 Cb 0,662 Cm 0,976 CWP 0,892
Gambar  2  menunjukan  model  3D  dari  kapal ikan  yang  akan  di  uji.  Model  3D  ini  dibuat berdasarkan  titik  koordinat dari  desain lines  plan yang  telah  dibuat  pada  tahap  sebelumnya.
Software  yang  digunakan  untuk  membuat  model ini  adalah rhinoceros dan maxsurf  modeller advance .
Tabel  2  menunjukan  hasil  perhitungan hydrostatic dari  model  3D  kapal  ikan  yang  akan diuji.  Berdasarkan  hasil  perhitungan hydrostatic- nya, model 3D ini memiliki displacement  sebesar 348,6  ton.  Dengan  demikian,  displacement tersebut memiliki selisih nilai sebesar 1,4 ton atau sama  dengan  0,4%  terhadap  terhadap  data  objek yang  diperoleh  (Tabel  1).  Sehingga,  dapat dikatakan  bahwa  koefisien  dari  model  3D  yang digunakan  telah  menunjukan  kesesuaian  terhadap data  objek  yang  diperoleh.  Hal  ini  dikarenakan dengan  menggunakan coefficient tersebut,  model 3D  ini  menghasilkan  displacement  sebesar  348,6 ton  dimana  presentasi  selisihnya  masih  dalam batas  maksimum  dari  presentasi  selisih  yang diizinkan. Batas maksimum dari presentasi selisih displacement  yang  diizinkan  adalah  5%  terhadap displacement yang direncanakan.

## 2.4. Titik Gavitasi Model 3D
Titik  gravitasi kapal  didapatkan  melalui perhitungan berat dan titik berat setiap komponen LWT  dan  DWT  [6].  Berat  dan  titik  berat  dari komponen  LWT  dihitung  berdasarkan  ukuran dimensi  dan  massa  jenis  kayu  yang  digunakan. Berat  dan  titik  berat  dari  komponen  DWT dihitung  berdasarkan  jenis  muatan  dan  ukuran volume setiap  kompartemen.  Hasil  perhitungan titik  gravitasi kapal  dapat  dilihat  pada  tabel  3 dibawah ini.
Tabel 3. Titik Gravitasi Model 3D
Komponen  Berat (ton) X (m) Y (m)  Z (m) LWT 112,7 11,84 0 3,751 DWT 237,356 16,461 0 2,034 DISP 350,056 14,973 0 2,587

## 2.5. Pembuatan Model Kapal Dalam Finine
Element
Model Finite Element dirancang berdasarkan model  3D  dengan  aturan Global  Coordinate System dan  satuan metric  (ton,  m,  Hz) .  Aturan Global  Coordinate  System terdiri  dari  sumbu  X, Y, Z dengan susunan sebagai berikut :
 Koordinat  X  menunjukan  arah  memanjang kapal.
 Koordinat  Y  menunjukan  arah  melintang kapal.
 Koordinat Z menunjukan arah tinggi kapal.
Model finite  element tersusun  dari  geometri surface dan curve yang  telah  didefinisikan menjadi  sebuah  elemen  [7]. Geometri surface didefinisikan  sebagai  elemen  kulit  dengan  tipe CQUAD4 dan CTRIA3 sedangkan geometri curve didefinisikan  sebagai  elemen  beam  dengan  tipe bar2  [8].  Ukuran  setiap  elemen  pada  arah  sumbu X,  Y,  dan  Z  dirancang  dengan  jarak  0.35  meter, 0.5 meter, dan 0.36 meter secara berturut - turut.
Gambar 3. Model Finite Element

## 2.6. Propreties Material
Elemen  kulit  dan beam pada  model finite element didefinisikan  sebagai  material isotropic dengan properties kayu  jenis  bangkirai  dan  jati. Properties kayu jenis  bangkirai  dan  jati didapatkan  melalui  refrensi  [9].  Refrensi  [9] digunakan  untuk  mengetahui  kategori  keawetan dan  kekuatan  berdasarkan  jenis  material  kayunya serta  untuk  mengetahui  nilai modulus  young (E), poisson  ratio ,  dan density berdasarkan  katergori keawetan  dan  kekuatannya.  Nilai properties material yang diperoleh dapat dilihat pada tabel 4 dan 5 dibawah ini.

## Tabel 4. Properties Kayu Bangkirai
Modulus Young (E)
125 x 10 4 ton m 2 ⁄ Poisson Ratio 0,3 Density 0,8 ton m 3 ⁄

## Tabel 5. Properties Kayu Jati
Modulus Young (E)
100 x 10 4 ton m 2 ⁄ Poisson Ratio 0,3 Density 0,8 ton m 3 ⁄
Berat  muatan  dalam  model finite  element didefinisikan  menggunakan element  point  mass pada  setiap  simpul  di  ruang  muat,  tanki  bahan bakar, tanki minyak pelumas dan lain sebagainya . Perlu  diketahui  bahwa element  point  mass
merupakan  sebuah  distribusi  massa  kecil  tak berhingga dengan satuan ton per meter [10].
Proses input properties ke dalam model finite element akan menghasilkan informasi berupa nilai dan posisi dari titik gravitasi-nya. Nilai dan posisi dari titik gravitasi model finite element merupakan salah  satu  point  penting  untuk  mendapatkan  nilai frekuensi natural yang akurat.
Tabel  6  menunjukan  nilai  dan  posisi  titik gravitasi  dari  model finite  element dan  model  3D kapal  ikan  yang  akan  diuji.  Pada  tabel  tersebut, dapat dilihat bahwa model finite element memiliki berat  sebesar  350,1  ton  sedangkan  model  3D memiliki  berat  sebesar  350,056  ton.  Perlu diketahui  bahwa  informasi  nilai  dan  posisi  titik gravitasi  dari  model  3D  diperoleh  melalui perhitungan LWT dan DWT yang telah dilakukan pada tahap sebelumnya (Tabel 3).
Tabel 6. Nilai dan Posisi Titik Gravitasi
Finite Element Model 3D Berat 350,1 ton 350,056 ton X 14,43 m 14,973 m Y 3,272 x 10 −11 m 0 m Z 2,956 m 2,587 m

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Normal  mode  analysis akan  menghasilkan nilai  frekuensi  natural  pada  setiap  mode  getaran globalnya.  Nilai  frekuensi  natural  pada  setiap mode getaran global yang dihasilkan dapat dilihat pada tabel 7 dan gambar 4 s.d. 6 dibawah ini.
Tabel 7. Frekuensi Natural Mode Getar Frekuensi Natural Vertical 2,3481 Hz Torsional 3,2082 Hz Horizontal 4,5596 Hz
Gambar 4. Vertical Vibration Mode (2,3481 Hz)
Gambar 5. Torsional Vibration Mode (3,2082 Hz)
Gambar 6. Horizontal Vibration Mode (4,5596 Hz)
Berdasarkan  tabel  7  dan  gambar  4  s.d.  6, dapat  dilihat  bahwa  pada  mode  pertama,  kapal ikan  tradisional  daerah  batang  jawa  tengah  akan mengalami vertical vibration mode pada frekuensi 2,3481  Hz.  Pada  mode  kedua,  kapal  ini  akan mengalami torsional  vibration  mode pada frekuensi  3,2082  Hz.  Sedangkan  pada  mode ketiga,  kapal  ini  akan  mengalami horizontal vibration  mode pada  frekuensi  4,5596  Hz. Sehingga,  dengan  menggunakan  aturan Ship Vibration  Control  Guide  2000, untuk  mencegah terjadinya  resonansi  global  baik  secara vertical, torsional ,  maupun horizontal ,  kapal  ini  harus menghindari  getaran  eksitasi  dengan  frekuensi 2,11  Hz  –  2,58  Hz;  2,82  Hz  –  3,59  Hz;  dan  3,88 Hz – 5,24 Hz.

## 4. KESIMPULAN
Diketahui  bahwa  kapal  ikan  tradisional daerah  Batang,  Jawa  Tengah,  menggunakan main engine dengan  MCR  1800  RPM  (30  Hz). Sehingga, dapat disimpulkan bahwa  getaran main engine tidak  akan  menyebabkan  terjadinya resonansi  global  baik  secara vertical  vibration mode, torsional vibration mode, maupun horizontal  vibration  mode. Hal  ini  dikarenakan resonansi  global  dengan  tipe vertical  vibration mode dapat  terjadi  pada  frekuensi  2,11  Hz  s.d. 2,58  Hz.  Selain  itu,  resonansi  global  dengan  tipe torsional vibration mode dan horizontal vibration
mode juga  dapat  terjadi  pada  frekuensi  2,82  Hz s.d. 3,59 Hz dan 3,88 Hz s.d. 5,24 Hz.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terima  kasih  penulis  sampaikan kepada Bapak H. Nur Abadi selaku pemilik kapal ikan  tradisional  tipe  purse  seine  daerah  Batang, Jawa Tengah yang telah bersedia dan mengizinkan  penulis  untuk  melakukan  penelitian mengenai  getaran  global  pada  salah  satu  kapal yang  beliau  miliki.  Selain  itu,  Penulis  juga mengucapkan  terima  kasih  kepada  Bapak  Dwi selaku  general  manager  galangan  kapal  CV. Laksana  Abadi  yang  telah  membantu  penulis dalam memperoleh data kapal yang dibutuhkan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] F.  Han,  A.  Hu,  Y.  Liu,  and  C.  Wang,
“ Modelling  and  hull  vibration  calculation of very large container ship, ” vol. 18, no. 9,
pp. 522–527, 2014.
[2] S.  G.  Kelly,  " Mechanical  Vibration : Theory  and  Aplication ,"  S1  ed.  Stamford:
Cengage Learning, 2012.
[3] M.  Engineer,  M.  Sc,  and  G.  Manager,
“ Global  Vibration  Analysis  of  a  1900  Teu Capacitiy .”
[4] Z. Arifin, A. F. Zakki, and M. Iqbal, “ Studi Karakteristik Getaran Global Kapal Supply Vessel  70  m  dengan  Menggunakan  Metode
Elemen Hingga ,” 2017.
[5] American  Bureau  of  Shipping  (ABS), “ABS Guidance Notes On Ship Vibration”,
2006.
[6] H.  N.  Wibowo,  “ KAJIAN  NUMERIK RESPON  GERAKAN  KAPAL  FPSOIFSO SAAT DITAMBAT (MOORED FPSOIFSO ,” 2012. [7] Jurusan Teknik  Kelautan FTK ITS,
“ Metode elemen hingga ,” 2010.
[8] A.  F.  Zakki,  “ Metode  Elemen  Hingga .”
UPT Undip Press Semarang, 2014.
[9] Anonim, “ Peraturan Kapal Kayu Indonesia (PKKI) ,” Bandung, 1961.
[10]  Joni  Dewanto,  “ Kajian  Teoritik  Sistem Peredam Getaran Satu Derajat Kebebasan ,” J.  Tek.  Mesin ,  vol.  1,  no.  2, pp. 156–162, 1999.