Kapal trimaran merupakan konfigurasi multi-hull yang menawarkan keunggulan signifikan dalam stabilitas transversal, kecepatan tinggi, dan efisiensi hidrodinamika. Namun, kompleksitas struktur dan interaksi hidrodinamika antar lambung menimbulkan tantangan baru yang belum sepenuhnya terjawab dalam desain konvensional.

Artikel ini membahas pendekatan coupled hydro-structural analysis pada kapal trimaran dengan fokus khusus pada struktur cross-deck, yang merupakan komponen kritis dalam distribusi beban dan respon dinamis kapal. Analisis ini bertujuan mengidentifikasi mekanisme interaksi antara beban gelombang, respon struktur, dan potensi kegagalan seperti buckling dan fatigue, serta membuka peluang optimasi desain berbasis metode numerik lanjutan.

Perkembangan desain kapal berkecepatan tinggi mendorong penggunaan konfigurasi multi-hull, khususnya kapal trimaran. Konsep trimaran terdiri dari satu lambung utama (main hull) dan dua lambung samping (outrigger) yang dihubungkan oleh struktur cross-deck. Dibandingkan monohull dan katamaran, trimaran menunjukkan performa stabilitas yang lebih baik pada kecepatan tinggi dan pengurangan hambatan gelombang dalam kondisi tertentu.

Meskipun demikian, peningkatan performa hidrodinamika tersebut dibayar dengan kompleksitas struktur yang jauh lebih tinggi. Beban gelombang tidak lagi bekerja secara independen pada satu lambung, melainkan berinteraksi secara simultan pada tiga lambung yang saling terhubung. Kondisi ini menyebabkan cross-deck menjadi elemen struktur paling kritis, baik dari sisi kekuatan statis, respon dinamis, maupun umur kelelahan struktur.

Sebagian besar penelitian sebelumnya masih memisahkan analisis hidrodinamika dan struktur, sehingga belum mampu menangkap fenomena interaksi fluida–struktur secara menyeluruh. Oleh karena itu, pendekatan coupled hydro-structural analysis menjadi sangat relevan untuk meningkatkan akurasi prediksi perilaku kapal trimaran.

Struktur kapal trimaran memiliki karakteristik unik dibandingkan kapal konvensional, terutama pada sistem penghubung antar hull. Cross-deck harus mampu mentransfer gaya:

• Bending global akibat gelombang panjang

• Torsi akibat perbedaan fase gelombang antar lambung

• Beban dinamis lokal dari slamming dan wave impact

Distribusi tegangan pada cross-deck umumnya tidak simetris dan sangat sensitif terhadap jarak antar hull serta kondisi operasi kapal. Hal ini menyebabkan peningkatan risiko local buckling pada pelat tipis dan fatigue cracking pada daerah sambungan.

Dalam operasi nyata, gelombang yang mengenai main hull akan mengalami interferensi dengan gelombang yang dipantulkan dan dibangkitkan oleh outrigger. Interaksi ini menghasilkan pola tekanan fluida yang kompleks dan tidak linier.

Efek utama yang muncul meliputi:

• Amplifikasi tekanan gelombang pada area cross-deck

• Perubahan respon heave dan pitch

• Ketidakteraturan distribusi gaya hidrodinamika

Fenomena ini sulit direpresentasikan dengan metode konvensional berbasis asumsi linier, sehingga pendekatan CFD menjadi alat penting dalam memodelkan perilaku aliran di sekitar kapal trimaran. Analisis hidrodinamika dilakukan menggunakan CFD untuk memperoleh distribusi tekanan gelombang pada permukaan lambung dan cross-deck. Parameter utama yang divariasikan meliputi:

• Jarak antar hull

• Kecepatan kapal

• Spektrum gelombang

Hasil CFD berupa peta tekanan dinamis kemudian digunakan sebagai input beban struktur.

Struktur trimaran dimodelkan menggunakan metode elemen hingga (FEM) dengan mempertimbangkan:

• Material elastoplastik

• Nonlinear geometry

• Imperfection awal pada pelat

Analisis difokuskan pada:

• Tegangan maksimum

• Deformasi global

• Potensi buckling elastis dan pasca-buckling

Pendekatan kopling satu arah (one-way coupling) maupun dua arah (two-way coupling) digunakan untuk mengevaluasi pengaruh deformasi struktur terhadap distribusi tekanan fluida. Pendekatan ini memberikan gambaran realistis terhadap perilaku struktur di bawah kondisi laut aktual.

Hasil studi menunjukkan bahwa kegagalan struktur trimaran lebih sering dipicu oleh fenomena buckling lokal dibandingkan luluh material. Pelat tipis pada cross-deck sangat sensitif terhadap:

• Imperfection geometrik

• Kombinasi beban tekan dan lentur

• Beban siklik jangka panjang

Selain itu, siklus tegangan akibat gelombang berulang mempercepat terjadinya kelelahan material, terutama pada sambungan antara cross-deck dan outrigger. Oleh karena itu, analisis fatigue berbasis spektrum gelombang menjadi komponen penting dalam desain trimaran modern.

Pendekatan coupled hydro-structural analysis membuka peluang optimasi desain trimaran secara menyeluruh, antara lain:

• Penentuan jarak antar hull yang optimal

• Optimasi ketebalan dan stiffener cross-deck

• Reduksi berat struktur tanpa mengorbankan keselamatan

Pendekatan ini juga memungkinkan pengembangan desain berbasis kinerja (performance-based design) yang lebih efisien dan aman. Kapal trimaran menawarkan potensi besar dalam aplikasi kapal cepat dan kapal khusus, namun menghadirkan tantangan teknik yang signifikan, terutama pada struktur cross-deck.

Pendekatan coupled hydro-structural analysis terbukti mampu memberikan pemahaman yang lebih komprehensif terhadap interaksi antara gelombang, struktur, dan respon dinamis kapal. Dengan integrasi CFD dan FEM, desain trimaran dapat dioptimalkan secara lebih akurat untuk meningkatkan keselamatan, efisiensi, dan umur struktur.