Bagian utama dari struktur kapal adalah hull atau lambung dari kapal itu sendiri; hull ini menahan beban untuk membawa muatan berupa kargo, permesinan, perlindungan kru dari cuaca, banjir, serta structural damage. Dalam artikel ini, akan kita bahas faktor-faktor yang harus dipertimbangkan untuk mendesain hull.

Dari gambar nomenklatur hull konvensional di atas, akan kita bahas beberapa nomenklatur yang penting untuk mendesain desain hull sebagai berikut:

Bow and Stern: Bagian kontur paling depan dari sebuah hull (lambung) kapal adalah Bow, sedangkan paling belakang adalah stern. Sedangkan stem adalah bagian terdepat dri bow.

Forward Perpendicular: Jika kita membuat garis tegak lurus yang merupakan irisan dari bow dan waterline, garis imajiner ini disebut dengan forward perpendicular. Perhitungan beban hidrostatis, forward perpendicular ini dijadikan sebagai referensi depan hull.

Aft Perpendicular: Tergantung dari desainer nya, aft prependicular dapat digambar tegak lurus melalui sisi belakang dari ruder post, atau dari center-line dari rudder pintles. Aft prependicular merupakan referensi belakang dari garis perhitungan hidrostatis.

Length between Perpendiculars:  Garis imajiner ini merupakan panjang dari aft dan forward perpendiculars. LBP adalah parameter yang sangat penting dalam perhitungan stabilitas, sehingga perhitungan dari LBP pada beberapa draft merupakan salah satu langkah penting dalam analisis.

Sheer: Kurva bagian depan dengan tinggi antara bagian atas deck dengan jarak ke level midship disebut juga dengan sheer. Forward sheer biasanya lebih tinggi dari aft sheer untuk melindungi permesinan jangkar bagian depan dari ombak.

Summer Load Line: Garis ini adalah waterline dari kapal pada air laut ketika pada kondisi berat desain dan ballast. Garis summer ini disebut juga dengan design draft yang menjadi referensi dari garis beban dari kapal.

Length of Waterline: Panjang dari hull pada summer load line adalah panjang dari waterline pada kapal. Panjang ini berperan penting dalam perhitungan hidrostatis dan perhitungan desain propeller.

Length Overall: Panjang ini adalah jarak antara titik terdepan dan titik paling belakang dari hull. Panjang ini sangat penting dalam mendesain rencana docking dan undocking pada kapal.

Hull Lines dan Shape

Langkah pertama dari mendesain hull adalah mendesain shape dan form nya dengan berbagai parameter atau koefisien sebagai berikut:

Block Coefficient: Merupakan rasio dari volume bawah air dari hull terhadap volume dari kotak imajiner mencakup porsi bawah air dari hull. Karena panjang, breadth, dan tinggi yang tercakup kotak imajiner antar-perpendicular, maximum beam, dan draft dari kapal, block coefficient ditunjukkan dengan persamaan berikut:

Nilai dari block coefficient dari kapal dengan cross-section kotak akan memiliki nilai satu. Makin ramping bentuk hull, nilai block coefficient akan semakin rendah.

Midship Coefficient: Merupakan rasio dari area yang terendam dari midship section terhadap kotak yang mencakupnya, sehingga dituliskan sebagai berikut:

Terdapat pula beberapa koefisien lain seperti prismatic coefficient, volumetric coefficient dan lain-lain, yang pada dasarnya digunakan untuk mendefinisikan distribusi volumetrik dari hull sepanjang panjangnya.

Kemudan, didefinisikan lines pan dari hull yang terdiri dari tiga arah pandangan. Pertama-tama kita pahami dulu tentang buttocks dan waterline.

Jika hull dipotong menjadi beberapa bagian secara longitudinal, misalkan hull dipotong tiap-tiap dua meter, dimulai dari port ke starboard, akan dihasilkan potongan melintang longitudinal tiap dua meter. Kontur pada potongan melintang ini disebut juga dengan garis buttock.

Jika hull dipotong sepanjang waterline nya, kemudian setiap waterline menghasilkan sekumpulan kurva-kurva yang disebut body plan atau half breadth plan dari kapal.

Kemudian, ketika hull dipotong pada tiap station, akan menghasilkan body plan seperti gambar di bawah.

Body plan merupakan representasi paling berguna dalam gambar hull. Garis referensi pada body plan adalah buttocks, dan waterline.

Kemudian berikut adalah contoh tampilah penuh dari gambar lines hull dari sebuah kapal:

Struktur dan kekuatan Hull

Desain struktur dari hull pada sebuah kapal terdiri dari sekitar 70% dari total desain struktur dari kapal. Berikut adalah langkah-langkah secara umum dalam mendesain struktur hull:

Step 1: Perhitungan dari beban hull: Langkah ini membutuhkan standarisasi dari aturan klasifikasi. Terdapat rulebooks yang dikhususkan untuk memformulasikan beban ombank pada hull kapal. Bending momen pada air tenang, gelombang, dan shear force dihitung juga dari persamaan ini. Beban-beban ini digunakan sebagai set-points pada keseluruhan proses desain.

Step 2: Perhitungan Scantling untuk Midship: Ukuran dari bagian-bagian struktur (plat, stiffener, girders, beans, pillar, dll) secara kolektif disebut juga dengan scantlings. beban yang diperoleh dari step 1 di atas digunakan untuk perhitungan scantlings, dan kemudian digunakan untuk perhitungan pada masing-masing frame.

Step 3: Midship Section Modulus: Midship section structural drawing dibuat berdasarkan perhitungan scantling, kemudian diikuti dengan meletakkan sumbu netral dari midship section, dan perhitungan section modulus dari midshio section. Perhitungan ini harus memenuhi dua kriteria, yaitu (1) midship section harus lebih dari minimum section modulus yang diperoleh dari dari persamaan rulebook, dan (2) bending stress pada deck dan keel dihitung dan memenuhi factor of safety.

Dari gambar midship section di atas, garis biru (NA) adalah sumbu netral dari section. Grafik bending stress digambar dengan sumbu netral sebagai referensi nol, dan bagian tertinggi dan terendahnya bersesuaian dengan tegangan pada deck dan keel.

Step 4: Perhitungan scantling pada frame: Ketika midship scantling telah memenuhi kriteria, scantling pada struktur masing-masing frame dapat dihitung, bersesuaian dengan gambar frame yang sudah dibuat.

Step 5: Estimasi berat baja: Perhitungan scantling kemudian digunakan untuk mengestimasikan berat baja yang digunakan. Disinilah proses iterasi dimulai. Jika perhitungan dari berat baja memenuhi kriteria desain, maka desain tersebut akan dipilih dengan kriteria batas tertentu.

Step 6: Pembuatan 3D detail dan analisis FEA: Dengan gambar struktur pada masing-masing frame, desain 3D secara detail kemudian dibuat. proses ini biasanya merupakan proses yang paling panjang. Kemudian ketika semua gambar sudah jadi, dilakukan Finite Element Analysis (FEA) yaitu analisis struktur dengan metode komputasi untuk menghitung ulang tegangan yang terjadi dengan jauh lebih komprehensif dan detail. Software yang biasa digunakan untuk melakukan analisis ini adalah menggunakan MSC Nastran dengan Patran atau MSC Apex.