Mohammad Rafi

Hello, I am Mohammad Rafi, currently pursuing a master's degree in Maritime Technology and Resources. My research focuses on optimizing fishing vessel structures, aiming to improve their efficiency and sustainability.

DAI5 Framework

1. Initiator (Dr. Ahmad Indra): Dr. Ahmad Indra introduces the framework with the philosophy, "I am My Consciousness," highlighting the connection between self-awareness and identity. His role brings ethical, psychological, and philosophical dimensions, encouraging reflective thinking and emphasizing self-awareness as key to conscious actions.

2. Intention: In the DAI5 framework, intention shapes the purpose and direction of thought. By understanding one's intention, individuals gain clarity, focus, and alignment with their values, ensuring purposeful and intentional thinking throughout the process.

3. Initial Thinking: This phase involves brainstorming and exploring ideas without judgment, allowing for free association and intuition. It encourages diverse perspectives and reflections, setting the stage for more focused solutions.

4. Idealization: Idealization is the creative envisioning of the best possible solutions, inspiring individuals to think beyond current limitations. It fosters aspiration and hope, motivating deeper engagement with potential solutions while keeping a realistic perspective.

5. Instruction Set: This step converts idealized solutions into actionable steps, grounding aspirations in reality. Clear, practical instructions help ensure progress, reinforcing the importance of intentionality and reflection throughout the process.

PIPE STRESS

1. Intention

Dalam analisis ini adalah melakukan analisis pipa dalam dimensi berbagai dimensi untuk menilai tegangan, deformasi, atau aliran. Dengan tujuan utama memperoleh pemahaman yang akurat tentang perilaku pipa di bawah kondisi tertentu (seperti tekanan, suhu, atau gaya eksternal). Tahap ini sangat penting karena menetapkan tujuan yang jelas untuk analisis: memastikan bahwa desain pipa memenuhi persyaratan struktural serta mematuhi standar keselamatan dan kinerja. Niat ini juga menekankan penggunaan aplikasi secara sadar untuk mensimulasikan skenario dunia nyata dan menemukan solusi optimal untuk tantangan desain atau operasional.

2. Initial Thinking

Tahap ini adalah fase eksplorasi di mana berbagai pendekatan untuk analisis pipa dipertimbangkan. Dalam tahap ini, Anda bisa mengeksplorasi metode seperti menggunakan Finite Element Analysis (FEA) untuk analisis tegangan. Dan juga berbagai macam dimensi untuk penyederhanaaan model. Hal-hal yang perlu dipikirkan mencakup pemilihan material, kondisi batas, kasus beban, serta tipe analisis yang akan digunakan (steady-state atau transient).

3. Idealization

Pada tahap ini, Anda membayangkan hasil ideal dari analisis pipa 2D. Bagaimana tampilan solusi terbaik? Mungkin berupa desain pipa yang mampu mendistribusikan tegangan dengan optimal, meminimalkan deformasi, dan dapat menahan beban operasional dengan efektif. Dalam skenario ideal, pipa berfungsi dengan sempurna di bawah semua kondisi desain. Tahap ini mendorong Anda untuk melampaui batasan saat ini dan membayangkan apa yang bisa dicapai oleh desain tersebut. Apakah ada peningkatan yang bisa dilakukan pada material atau desain untuk memenuhi kebutuhan operasional?

2D model using ANSYS for a stainless steel pipe made of A312 304L.

Length : 4 m

Outside Diameter :168.275mm

Inside Diameter :162.175mm

4. Instruction Set

>Penetapan Properti Material: Menentukan properti material seperti modulus elastisitas, rasio Poisson, dan properti termal.

>Meshing: Membuat mesh yang sesuai dengan analisis, memastikan keseimbangan antara akurasi dan efisiensi.

>Penerapan Kondisi Batas: Memasukkan kondisi batas seperti tumpuan tetap, geser, atau simetri.

>Penerapan Pembebanan: Memasukkan tekanan internal, gaya aksial, beban termal, atau gaya lateral sesuai skenario.

>Pengaturan Solver: Menentukan analisis statik untuk tegangan atau CFD untuk aliran, serta pengaturan langkah beban dan opsi solver.

>Post-Processing: Menganalisis hasil untuk menilai distribusi tegangan, deformasi, atau pola aliran.

>Validasi: Membandingkan hasil simulasi dengan data eksperimen atau standar.

The pipe analyzed in this simulation is modeled with fixed supports at both lower ends, ensuring that these points remain stationary under loading conditions. Additionally, a 4000 N load has been applied at the center of the pipe, representing the primary source of deformation observed in the simulation. This loading scenario is designed to simulate real-world conditions where pipes might experience concentrated forces at midspan, causing significant bending. The fixed supports provide resistance at the ends, preventing movement, while the central load introduces a bending moment that results in the observed deformation distribution.

The simulation results indicate that the pipe experiences a maximum deformation of 8.69 mm in the middle section, represented by the red color, with minimal deformation at the ends, where no significant change occurs. This variation in deformation distribution suggests that the pipe is subjected to a load or pressure causing bending along its structure, with the greatest deformation occurring at the center. These simulation results are important for understanding the pipe's response to the applied load, which can affect the design and stability of the pipe structure.

Thermal-Stress Coupling Problem in 1D

involving thermal-stress coupling using the Finite Element Method (FEM) within the DAI5 framework. The steps include the governing equations, FEM equation derivation, algorithm, and Python code with results.

1. Governing Equations

a. Heat Conduction Equation:

d/dx (k * dT/dx) + q = 0

where T is the temperature, k is thermal conductivity, and q is the heat generation per unit length.

b. Stress Equilibrium Equation:

d(dS)/dx + alpha * dT/dx = 0

where S represents stress, and alpha is the thermal expansion coefficient

2. FEM Equation Derivation

Using the Weighted Residual Method and Galerkin's approach, we derived the FEM equations for the thermal and stress problems, forming element stiffness matrices and global assembly.Integration by parts was applied to reduce the order of derivatives and form the final FEM equations.

3. Algorithm and Flowchart

Algorithm:

a. Initialize parameters, mesh, and boundary conditions.

b. Solve the thermal problem: Determine temperature distribution.

c. Calculate thermal strains based on temperature gradients.

d. Solve the mechanical problem: Find stress using thermal strains.

Flowchart:

[Start] -> [Define Parameters] -> [Thermal Analysis] -> [Compute Thermal Strains] -> [Stress Analysis] -> [End]

4. Python Code (Abbreviated)

import numpy as np

• Parameters

L = 1.0 # Length of the rod in meters

k = 0.5 # Thermal conductivity in W/m·K

alpha = 1.2e-5 # Thermal expansion coefficient in 1/K

q = 10.0 # Heat generation per unit length in W/m

num_elements = 5 # Number of elements

element_length = L / num_elements

• Initialize arrays

temperature = np.zeros(num_elements + 1)

stress = np.zeros(num_elements)

• Boundary Conditions

temperature[0] = 100

temperature[-1] = 50

• Thermal FEM Formulation (Global System)

  ... [Code continues] ..

5. Results

Temperature Distribution (°C) at Each Node:

[302.67, 202.67, 101.87, 0.27, -102.13, -205.33]

Stress Distribution (MPa) in Each Element:

[-0.003, -0.003024, -0.003048, -0.003072, -0.003096]

Interpretation:

The temperature decreases from the left end (302.67°C) to the right end (-205.33°C). The stress values are negative, indicating compressive stress due to thermal expansion across the rod.

UAS Tugas Besar

Judul Penelitian: Optimalisasi Struktur Kapal Ikan 5 Gross Tonage dengan Metode FEM dan Machine Learning ANN untuk Meningkatkan Performa

I. Deep Awareness (of) I (DAI) Penelitian ini didasarkan pada pemahaman mendalam bahwa optimalisasi desain kapal tidak hanya berdampak pada efisiensi teknis tetapi juga pada kesejahteraan sosial, terutama untuk nelayan Indonesia. Upaya ini merupakan bentuk pengabdian kepada Allah SWT dalam memanfaatkan ilmu pengetahuan untuk kesejahteraan umat.

Penelitian ini dilakukan dengan pendekatan berbasis data dan asumsi pribadi yang obyektif untuk memastikan solusi yang diberikan relevan dan aplikatif dalam konteks industri perkapalan, khususnya untuk skala nelayan kecil.

Dengan mempertimbangkan implikasi moral, penelitian ini menitikberatkan pada keberlanjutan ekonomi, pengurangan limbah material, serta peningkatan efisiensi operasional kapal nelayan yang ramah lingkungan.

Setiap langkah dalam penelitian ini dirancang secara bertahap dan teliti untuk memastikan semua proses yang dilakukan memiliki arah yang jelas menuju tujuan utama, yakni memberikan solusi teknis yang efektif.

Hubungan antara solusi teknis dan dampak sosial menjadi fokus utama, di mana efisiensi biaya yang dicapai akan membantu nelayan untuk mengalokasikan sumber daya secara lebih bijak, seperti meningkatkan taraf hidup dan kapasitas kerja mereka.

Analisis dilakukan dengan pendekatan holistik, mencakup tinjauan teknis, sosial, dan moral, untuk memastikan penelitian ini tidak hanya menghasilkan temuan yang bermanfaat tetapi juga selaras dengan nilai-nilai spiritual dan sosial yang dianut oleh masyarakat.

II. Intention Penelitian ini bertujuan untuk mengurangi massa kapal melalui pendekatan desain struktural yang efisien, dengan tetap mempertahankan integritas dan kekuatan struktural. Hal ini diharapkan dapat mendukung keberlanjutan industri perkapalan kecil di Indonesia.

Tujuan utama penelitian ini adalah menciptakan keseimbangan antara efisiensi sumber daya alam, khususnya material baja, dan peningkatan kesejahteraan nelayan. Pendekatan ini berkontribusi pada pengurangan emisi karbon serta dampak lingkungan lainnya.

Modernisasi kapal nelayan tradisional menjadi fokus penting dalam penelitian ini, karena banyak kapal kecil di Indonesia yang masih menggunakan desain lama yang kurang efisien.

Penelitian ini diharapkan memberikan dampak jangka panjang dengan memilih material dan desain yang tepat, sehingga mampu menurunkan biaya operasional dan meningkatkan daya tahan kapal.

Hasil penelitian ini diupayakan agar dapat divalidasi secara akurat dan presisi dengan menggunakan model kapal yang sudah teruji, sehingga solusi yang diberikan dapat diterapkan pada berbagai kasus serupa.

III. Initial Thinking (About the Problem) Masalah utama yang diangkat dalam penelitian ini adalah bagaimana mengoptimalkan ketebalan struktur kapal untuk meningkatkan efisiensi struktur tanpa mengorbankan aspek keselamatan dan ketahanan.

Penelitian ini mempertimbangkan berbagai kebutuhan stakeholder, seperti nelayan sebagai pengguna, pembuat kapal, serta pemangku kebijakan yang menetapkan standar regulasi klasifikasi kapal (OKJ).

Dalam konteks teknis, masalah yang dihadapi meliputi desain struktur kapal yang membutuhkan pendekatan numerik untuk memastikan efisiensi. Sementara itu, dalam konteks sosial, perhatian diberikan pada bagaimana desain ini dapat meningkatkan kesejahteraan nelayan.

Penyebab utama dari inefisiensi kapal kecil adalah biaya tinggi akibat desain yang kurang optimal, baik dari segi berat struktur maupun distribusi beban.

Pendekatan analisis berbasis metode praktis numerik (FEM) serta data numerik dari machine learning (ANN) digunakan untuk mengidentifikasi solusi optimal secara efisien.

Data yang digunakan dalam penelitian ini melibatkan model kapal yang telah divalidasi, dengan material, ukuran, dan kondisi yang seragam, sehingga dapat memenuhi standar regulasi klasifikasi kapal.

IV. Idealization Penelitian ini memberikan kejelasan asumsi, yaitu kekakuan struktur kapal dapat dianalisis berdasarkan tegangan transversal dan longitudinal, yang divalidasi menggunakan pendekatan numerik dan standar klasifikasi.

Pendekatan FEM (Finite Element Method) dan ANN (Artificial Neural Network) dipilih sebagai inovasi utama karena memungkinkan iterasi lebih cepat, data yang lebih akurat, serta hasil yang efisien dalam waktu pengolahan.

Tegangan maksimum pada pelat lambung kapal dihitung dengan mempertimbangkan material sesuai standar klasifikasi. Analisis ini memastikan integritas struktur kapal tanpa mengorbankan efisiensi material.

Solusi desain difokuskan pada pengurangan massa kapal melalui optimalisasi ketebalan pelat dan distribusi beban yang lebih baik, yang berkontribusi pada keberlanjutan operasional kapal.

Model kapal yang digunakan adalah model sederhana namun representatif, sehingga hasil analisis dapat diaplikasikan pada berbagai kasus serupa dalam industri perkapalan kecil.

Penggunaan elemen tetrahedral kuadratik pada simulasi memberikan keakuratan lebih tinggi dalam memprediksi distribusi tegangan pada struktur kapal.

V. Instruction (Set) Proses validasi dilakukan pada model kapal yang telah lolos meshing, dengan memastikan setiap elemen memenuhi kriteria kualitas dan tidak terdapat distorsi.

Iterasi dilakukan untuk mendapatkan nilai optimal dari ketebalan pelat menggunakan kombinasi metode FEM dan ANN, dengan analisis yang berfokus pada hasil tegangan maksimum.

Simulasi dilakukan dengan memvariasikan ketebalan pelat kapal untuk menemukan desain yang paling efisien sekaligus aman berdasarkan batas tegangan yang diizinkan.

Penggunaan meshing yang telah divalidasi dan convergence memastikan hasil simulasi memenuhi standar teknis yang diperlukan sesuai aturan klasifikasi kapal.

Proses verifikasi dilakukan dengan membandingkan tegangan maksimum dari simulasi terhadap tegangan yang diizinkan, memastikan desain aman dan sesuai spesifikasi.

Ketebalan pelat dapat diubah secara bertahap berdasarkan evaluasi tegangan, sehingga dapat dioptimalkan tanpa melampaui batas aman.

Massa kapal yang lebih rendah berkontribusi signifikan terhadap efisiensi bahan bakar, karena pengurangan massa memengaruhi kecepatan dan konsumsi energi.

Desain kapal yang lebih ramah lingkungan menjadi salah satu hasil utama dari penelitian ini, dengan meminimalkan penggunaan material yang tidak diperlukan.

Dengan adanya OAF 5 (Deep Awareness Framework), penelitian ini menciptakan keseimbangan antara aspek teknis, moral, dan spiritual, sehingga hasilnya fokus, terarah, dan bermanfaat bagi masyarakat.

Penelitian ini menghasilkan data berupa tegangan maksimum, batas kondisi tegangan transversal dan longitudinal, serta simulasi 3D dari desain kapal untuk mendukung validasi dan implementasi lebih lanjut.