Rabu, 05 Juli 2017

parametric study dgn SALOME-CAD/CAE

suatu desain memerlukan proses trial-error atau proses perubahan suatu parameter untuk mencari desain yg optimal memenuhi syarat keamanan dan ekonomis. suatu pemahaman yg keliru jika seorang perencana hanya memperhatikan salah satu aspek saja, perlu keduanya namun hal yg paling diutamakan adalah aspek keamanan desain (safety) sedangkan aspek ekonomis adalah setelahnya. karena factor keunikan tersebut yaitu adanya trial-error maka suatu desain akan cenderung berbeda antara perencana satu dgn perencana lain bahkan dengan perencana yg sama akan menghasilkan desain yg berbeda karena kurun waktu yg berbeda.



(sumber: Grozdanovic et al, 2006)

hal tersebut biasa disebut dgn engineering judgment ditujukan untuk sesuatu yg belum dapat dipastikan pendekatan keadaannya (uncertainty) misal hal khusus pada pembebanan, metode pelaksanaan terhadap kualitas, asumsi pengabaian suatu faktor dan tingkat ketelitian analisa struktur baik itu adalah member maupun connection dan tumpuannya, memang sebagian besar hal tersebut sudah dimuat dalam peraturan perencanaan (codes) namun pendapat pribadi saya masih terkesan absurb atau rancu kurang jelas pemisahnya terhadap angka aman penyimpangan dalam analisa strukturnya karena dalam codes dimasukan kedalam angka aman pembebanan dan material. berapa persen angka aman terhadap penyimpangan dari analisa struktur (?)



.
ketelitian analisa struktur dapat tercapai dgn menggunakan FEA element solid 3D dgn ikut memperhitungkan pengaruh nonlinear geometry, material dan contact, namun untuk daily practice karena tingginya resource biasanya direduksi dgn element yg mempunyai DOF lebih rendah dgn tanpa mengabaikan ketelitian. berbeda untuk perbandingan dgn research atau laboratory test maka akan cukup di modelkan sekali saja, berbeda untuk tujuan desain karena adanya trial-error untuk optimalisasi maka program CAD dan CAE perlu mempunyai kemampuan parametric study seperti SALOME dgn feature NoteBook dan Scripting Python, program komersil seperti Abaqus CAE juga mempunyai feature scripting tersebut. program SAP2000 juga menfasilitasi untuk tujuan tersebut dgn adanya API. fasilitas scripting atau API dapat powerful menggunakan hampir semua akses yg ada pada GUI secara otomatisasi perintah namun cukup rumit karena menggunakan bahasa pemrograman, sedangkan fasilitas NoteBook pada Salome lebih mudah karena tidak melibatkan bahasa pemrograman namun cukup dengan table nilai variable yg diperlukan saja.



.
seperti contoh sederhana berikut adalah pembuatan object atau model (point) dan meshing serta penerapan goup dari boundary condition (load & constraint), semua input data maskan pada dialog box dapat bernilai variable atau nilai.




fig 1




fig 2




fig 3




fig 4.




fig 5




fig 6




fig 7




fig 8




fig 9

penentuan group permukaan untuk penerapan beban dan tumpuan, sehingga lebih memudahkan untuk solver FE seperti Code_Aster atau CalculiX.




fig 10




fig 11

setelah object solid dan group permukaan dibuat maka selanjutnya adalah proses meshing, untuk otomatisasi akan mudah dengan element tetrahedral atau hexahedral dominant cukup dengan beberapa parameter meshing namun jika yg diinginkan adalah alement hexahedral full maka perlu dilakukan partisi sebelumnya serta penenetuan edge division yg konsisten untuk keberhasilan proses meshing.




fig 12




fig 13




fig 14

jika telah berhasil sampai tahap diatas maka sudah dapat dilakukan parametric study dengan cukup merubah niali variable pada NoteBook seperti gambar diatas lalu tekan tombol Update Study. maka Salome akan melakukan re-modeling and re-meshing serta re-grouping secara otomatis.




fig 15




fig 16

Contoh lain solid pesegi dengan coakan, penentuan base center dari object tabung, penambahan variable diameter tabung pada NoteBook, Boolean operations, partisi object solid untuk meshing full hexahedral element (in progress).




fig 17




.

.

.
to be add,...

  • object sederhana lain pelat berlubang dll

  • scripting Python untuk modeling, grouping dan meshing

Sabtu, 01 Juli 2017

joint force pada analisa FE sambungan baja

Analisa sambungan baja diperlukan secara lebih teliti untuk mengetahui keadaan kontak, tegangan baut, distribusi tengangan plastis pelat sambung, tekuk pelat pengaku atau web dan lainnya adalah tingkat kekakuan sambungan yg merupakan perbandingan momen lentur dan rotasi joint. nilai angka kekakuan tersebut diperlukan sebagai pembanding asumsi awal apakah masuk dalam kategori sambungan jenis kaku (rigid) sendi (pinned) atau diantaranya (semi-rigid) dengan batasan kelayakan (?) adalah margin sekitar 20%.

(sumber: Kishi et al, 2004)

jika diluar margin tersebut maka hasil analisa portal/frame dengan asumsi ideal (rigid atau pinned) akan tidak sesuai pada distribusi gaya dalamnya dan hal ini perlu ditinjau ulang dgn memasukkan pengaruh kekakuan sambungannya. Namun jika sudah menggunakan kekakuan sambungan pada analisa portal maka desain kolom tidak dapat menggunakan metode orde-pertama dan pembesaran moment K-factors dari chart codes karena itu adalah untuk kondisi ideal tidak untuk kekangan yg semi-rigid, perlu chart khusus lainnya dari research atau untuk lebih straight forward menggunakan prosedur desain metode analisa langsung orde-dua.



(sumber: Ismail et al, 2014)

untuk tujuan research perbandingannya dengan hasil uji experimental biasanya ditempuh analisa FE dengan menggunakan element 3D solid serta memasukan pengaruh nonlinearitas material, geometry, kontak dgn baut, serta stabilitas seperti gambar diatas. sedangkan untuk tujuan praktis seperti gambar dibawah menggunakan element Shell untuk profil baja dan element beam untuk baut dengan penerapan rumusan constraints pada pertemuannya, nonlinearitas material dan stabilitas dapat ditinjau juga.

(sumber: IDEA Statica Connection, 2017)

pada analisa sambungan baja secara detail dgn FEA didasarkan dari joint force atau free body diagram gaya yg bekerja pada titik ujung member balok dan kolom, kemudian gaya tersebut dialihkan pada jarak tertentu sebanding dengan eksentrisitasnya. secara prinsip CBFEM maka nilai Vc adalah tetap sedangkan nilai Mc perlu dikurangi terhadap momen eksentrisitas (r), apakah hal ini dapat mengurangi ketelitian atau kesesuaian kondisi sebenarnya jika berada pada inflection point atau perubahan tanda momen positif/negative atau nilai eksentrisitas yg diambil rasio terhadap bentang actual cukup besar?



(sumber: Wald et al, 2016)

ditinjau portal baja berikut dengan penampang HB250 untuk semua kolom dan WF350 untuk semua balok. pada analisa sabungan diatas yg sesuai adalah kondisi type (B), muka endplate berada pada 125mm dari garis center sedangkan jika menggunakan sambungan baja jenis haunced maka setidaknya perlu ditambahkan 700mm dalam hal ini misal diambil panjang 1000mm untuk kemudahan.



.
Deformasi struktur portal (mm) dgn skala grafis pembesaran 25x




.
hasil diagram gaya momen lentur (kN*m)




.
Diagram gaya geser (kN)




.
Diagam gaya aksial/normal (kN)





.
berikut setelah dianalisa ulang dengan menambahkan node pada jarak 1000mm dari titik joint, gaya aksial tidak ditampilkan karena dalam kasus ini terjadi konsisten sepanjang bentang.

Sambungan atau titik kondisi (A)




.

momen lentur (kN*m)



.
gaya geser (kN)




.

Sambungan atau titik kondisi (B)




.
momen lentur (kN*m)





.
.
gaya geser (kN)




.

Sambungan atau titik kondisi (C)






.

momen lentur (kN*m)






.
gaya geser (kN)






.

Sambungan atau titik kondisi (D)




.

momen lentur (kN*m)




.
gaya geser (kN)




.
Sambungan atau titik kondisi (E)



.
momen lentur (kN*m)




.
gaya geser (kN)




.
prinsip tanda baca positif dan negative, yg mana dengan tanda positif :

  • gaya momen, menjadikan serat bawah tertarik dan serat atas tertekan

  • gaya geser,menjadikan sisi kiri tertarik keatas dan sisi kanan tertarik kebawah

  • gaya aksial atau normal, serat pada kedua sisi saling menjauh atau tertarik






.
to be add,

analisa FE dengan elemen shell dengan dan tanpa pengaku dengan tinjauan sambungan adalah las penuh tanpa adanya kontak pada awal dan selanjutnya sambungan lain yaitu jenis baut. perhitungan sesuai prinsip CBFEM, free body dan full. walau sya secara pribadi lebih cenderung menggunakan metode free body diagram kerena lebih mewakilkan, sedangkan yg full adalah ideal namun hanya cocok untuk kepentingan research bukan praktis karena membutuhkan resource waktu modeling dan komputasi yg besar.



**updates

Model CAD dan FE analisa portal diatas, penentuan group dari tumpuan, beban dan variasi ketebalan pelat sudah diberikan.




.
meshing element shell quad-dominant walaupun masih kasar namun sudah dengan jenis element quadratic extra mid-side nodes,




fig. 1




fig. 2




fig. 3




fig. 4




fig. 5