analisa balok dgn hasil tampilannya tegangan

pada umumnya program analisa struktur menampilkan hasil keluaran berupa internal force (normal/axial, shear, bending &torsion) sehingga akan mejadikan kesulitan untuk mengetahui keadaan suatu penampang yg mengalami tegangan berlebih (overstress) karena ha ini merupakan fungsi dari properties penampangnya. kriteria tegangan lebih memudahkan dikarenakan batasan suatu material ditinjau dari tegangan yg terjadi, ini biasanya digunakan oleh perencana terdahulu saat menggunakan metode desain dengan tegangan ijin (allowable stress design) atau metode desain dengan tegangan kerja (working stress design). ada beberapa program analisa struktur frame yg sudah dapat menampilkan distribusi tegangan elemen yg perhitungannya didasarkan dari propertries penampang yg digunakan. program CalculiX menggunakan elemen balok (one dimensional) yg dikembangkan menjadi elemen solid continuum (three dimensional) sehingga hasilnya lebih mendekati, dapat menampikan distribusi tegangan suatu penampang akibat beban luar terpusat & merata. selain itu kelebihan pemodelan tersebut adalah dapat diterapkannya nonlinearitas material, geometri, tekuk & perilaku kontak menurut rujukannya.

(sumber: Dhondt, 2014)

ditinjau sebuah balok sederhana dengan suatu ujung tumpuan sendi dan ujung lainnya berupa tumpuan jepit, beban yg dikerjakan adalah beban terpusat ditengah bentang.



berikut perhitungan manual/tangan sebagai perbandingannya,



 

hasil keluaran program berupa lendutan dan tegangan (geser & lentur),









terlihat hanya dengan dua buah element one dimensional hasilnya sudah cukup mendekati karena menggunakan jenis element quadratic. ketelitian lebih dapat tercapai dengan ditambahkannnya jumlah element pembaginya. untuk perkiraan dapat digunakan jarak pembagi mendekati dimensi penampangya. ada yg agak berbeda pada hasil tegangan geser dimana program menampilkan distribusi tegangan yg merata pada penampang, kenyataannya adalah berbentuk parabolik dan akan maksimum pada titik netral penampang.

berikut sya mencoba study konvergensi dengan banyaknya pias pembagi baloknya,









terlihat hasilnya menjauhi terhadap nilai teoritis perhitungan tangan/manual.

*updates, penambahan jumlah segment pembentuk balok penampang pesegi









bagaimana jika hanya dibuat satu elemen saja, beban titik dikerjakan pada mid side node element balok quadratic(?)





given unexpected/wrong results in stress & deformation, beban titik terpusat tidak dapat diterapkan pada mid side node (!)

dibawah pilihan lain dengan tampilan internal force,



reaksi tumpuan dan beban titik yg bekerja (Newton Units),

100000 N = 10.00 kN

gaya geser/shear force (Newton units)

68396.80 N = 68.39 kN

31599.20 N = 31.59 kN

gaya momen lentur/bending moment (N*mm)

18399300 N*mm = 18.39 kN*m

15800100 N*mm = 15.80 kN*m

 

... to be added

• distributed load, combined, concentrated moment/torque


• testing for another section type (T,L,H,C etc)


• non prismatic/tapered


• contact, plasticity, large deformation, buckling

 

 

 

 

 

Read More

karakteristik penampang dgn sketsa bidang 2D

perhitungan karakteristik penampang (sectional properties) dari profil baja biasa menggunakan tabel dari suplier pabrik pembuatnya. ada kalanya diperlukan perhitungan sendiri pada profil/penampang built-up gabungan dari potongan pelat yang di las atau juga diperlukan perhitungan karakteristik penampang dari profil gabungan.

(sumber: www.gunungsteel.com )

perhitungan secara manual karakteristik penampang menggunakan prinsip pemecahan dari profil penampang utuh menjadi beberapa bagian susunan penampangnya, dicari letak titik atau garis netral sumbu elastis dan plastisnya.

 

program CAD seperti DraftSight dapat mencari letak titik atau garis netral elastis & luasnnya sehingga dapat dicari besarnya inersia penampang terhadap sumbu kuat (major axis) dan sumbu lemah (minor axes). garis yg dibuat merupakan closed polyline dan perlu penentuan region terlebih dahulu, sedangkan perintah atau command yg digunakan adalah "massprop" namun hasilnya tidak ditampilkan secara legkap properties lainya, terlihat AutoCAD Mechanical lebih lengkap perhitungan yg ditampilkan.



program 3D SketchUp tidak mempunyai feature ini, yang ada hanya menampilkan hasil perhitungan luasan. ada plugin bernama Face Centroid & Properties yg dibuat oleh Alexander Schreyer (2014) melengkapi kekurangan ini.




=begin
Copyright 2008-2014, Alexander C. Schreyer
All Rights Reserved
THIS SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS" AND WITHOUT ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES,
INCLUDING, WITHOUT LIMITATION, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND
FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
License: GPL (http://www.gnu.org/licenses/gpl.html)
Author : Alexander Schreyer, www.alexschreyer.net, mail@alexschreyer.net
Website: http://www.alexschreyer.net/projects/centroid-and-area-properties-plugin-for-sketchup/
Name : Face Centroid
Version: 1.3
Date : 3/5/2014
Description : Draws a construction point at the centroid of a shape that lies flat
on the X-Y plane (the ground). Also calculates
area, perimeter, Moments of Inertia and radius of gyration of face
(Ix, Iy, Ixy, rx, ry)
Usage : 1. Draw shapes on the X-Y (ground) plane and select at least
one face, make sure the face points up!
2. Select "Get Face Centroid" from the context menu
3. A construction point will be placed at the centroid and
the area properties will be displayed for each face
PLEASE NOTE: Since SketchUp approximates curved shapes with
polygons, this calculation will only be as good as the
approximation. To increase accuracy, increase the number
of polygons.
History: 1.0 (10/11/2008)
- First version
1.1 (unreleased)
- Changed results box to WebDialog. Looks nicer and all values
can be copied at the same time.
- Checks normal that face is coplanar to XY
- Adds height so that centroid is shown at height of face
1.2 (2/19/2014):
- Removed the Tools menu item, now only context menu
- Cleaned up code
- Results uses multiline textbox for simplicity
- Properties display now displays model units
- Dialog for option to draw crosshairs
1.3 (3/5/2014):
- Added limit to only use 10 faces at a time
- Removed the need for flipping of faces
- No more @mod variable
- Better unit handling
Issues: - For faces with internal openings it is necessary to draw connecting line between each
opening and the perimeter
- Could implement translate so that this works on arbitrarily
oriented surfaces
- Get angle of strong axis and draw it.
=end


 

akses feature plugin tersebut melalui konteks menu klik kanan (right click) lalu pilih Get Face Properties. adapun tahap sketsa 2d plane untuk mencari nilai karakteristik penampang ditampilkan berikut:













hasil satuan yg diperlihatkan sesuai setting pada saat penggambaran, untuk merubahnya dapat melalui Model Infos di menu Windows lalu pilih Units.



terlihat lebih fleksibel, dimana saat pembuatan gambar penampang menggunakan satuan millimeter dan tampilan keluaran menggunakan satua centimeter.



metode yg digunakan oleh pembuat plugin adalah dengan meninjau segitiga pembentuknya, hal ini mirip dengan metode elemen hingga tinjauan fiber section dimana penampang dibagi menjadi banyak pias pembentuknya beserta properties materialnya. ada perbedaan dari cara plugin tersebut menghitung, mesh yg digunakan adalah default hasil SketchUp dengan format Collada DAE dimana sebuah bidang segi empat terbentuk dari dua buah segi-tiga. keadaan tersebut menjadikan tidak memungkinkannya perhitungan konstanta torsi warping dengan cara numerik, karena mesh bawaan yg terlalu kasar. kelihatannya juga akan ada kendala pada pencarian letak titik atau garis netral plastis karena kondisi meshing kasar tersebut.

Metode	A (cm^2)	Ix (cm^4)	Iy (cm^4)	rx (cm)	ry (cm)	Sx (cm^3)	Sy (cm^3)	J (cm^4)	Cw (cm^6)	Zx (cm^3)	Zy (cm^3)
Tabel	84.10	23700.00	1740.00	16.80	4.54	1190.00	174.00	-n.a-	-n.a-	-n.a-	-n.a-
Analitis	84.12	23704.42	1736.38	16.79	4.54	1185.22	173.64	35.68	6.5x10^5	1326.26	267.65
Numerik	84.14	23711.96	1736.41	16.78	4.54	-n.c-	-n.c-	-n.c-	-n.c-	-n.c-	-n.c-

berikut perbandingan lain dengan metode numerik program bantu SAP/TABS section designer, saya agak kesulitan saat membuat daerah takikan sehingga digunakan pendekatan sebagai bentuk segitiga.





terlihat pada perhitungan nilai konstanta torsi menunjukan bebih besar dari cara pendekatan, namun ada kekurangan hal  lain yaitu tidak dihitung dan ditampilkannya konstanta puntir (warping).



 

sebenarnya postingan diatas ingin mengemukakan pendapat sya pribadi (personal opinions) yg kurang begitu setuju dengan konsep desain yg menggunakan tabel atau grafik yg terkesan blackbox. pembaca atau user mengambil suatu nilai dari tabel atau grafik untuk digunakan sebagai masukan dalam proses desain struktural, seperti banyak beredar buku di pasaran bahkan code sekalipun. memang tujuannya baik yaitu untuk mempermudah, namun saya berpikiran hanya menjadikan pelajaran mekanika benda padat dan kekuatan material terlupakan. sya lebih setuju dengan cara analitis maupun numerik daripada tabel, dapat dilihat fleksibilitasnya. tabel karakteristik penampang IWF  (wide flanges) diatas hanya berlaku untuk 16 penampang stadard Jepang, perlu tabel lain untuk penampang HB (h-beam), sedangkan cara analitis berlaku universal tanpa batasan masukan hanya jenis penampangnya saja. metode numerik degan integrasi banyak pias mempunyai jangkauan sangat luas dapat dipakai untuk penampang sembarang (arbitrary section)

to be added...

• numerical analysis using FEA/Code_Aster for calculation section properties


• steel fabricator table comparison & given additional data for torsional properties

Read More

contoh simulasi dari sketsa 3d model hook

SketchUp program modeling 3d yg cukup intuitif yg pertama sya kenal dari Google yg mendistribusikan secara cuma-cuma (free) sekitar sepuluh tahun yg lalu telah menggantikan sya yg sebelumnya menggunakan pemodelan 3d dengan AutoCAD 2002 (too many command using UCS!) awalnya sya hanya gunakan untuk project DoItYourself desain meja/rak buku, dan rumah tinggal teman, sodara & sendiri, dan belakangan untuk model 3d struktural portal baja & beton. saat ini saya coba gunakan untuk yg lebih serius :) simulasi mekanika.

kelanjutan dari postingan sya kemarin hari (sebelumnya) dicoba aplikasi pemodelan & simulasi mekanika pada object sederhana yaitu sebuah penggantung (hook) yang menerima beban dari baut penghubung. hal yang pertama ditempuh adalah analisa linear biasa dengan mengabaikan nonlinearitas (boundary condition & material) perilaku kontak dan tegangan yang melebihi batas elastis.



gaya beban dari baut penghubung didistribusikan seluas ring kontak pertemuannya, ini hanya benar jika beban adalah sentris.





warna merah adalah group dari node permukaan yg akan diterapkan contraint tumpuan,sedangkan warna biru adalah group node permukaan yg akan diberi beban normal face of tetrahedral element.



diterapkan beban total 20kN (20.000N) sehingga beban permukaan adalah 16,38N/mm^2



hasil analisa dengan tampilan deformed shape berupa defleksi (mm) & tegangan (N/mm^2)









kriteria tegangan leleh von Mises,



 

model kedua adalah lebih kompleks karena memasukan perilaku kontak, gaya yg diterapkan juga dua arah (biaxial) serta nantinya ditinjau nonlinearitas materialnya.



hasil mesh automatis tetrahedral quadratic element,

pembagian group komponen hook (blue) & bolt (red) untuk penentuan perbedaan properties materialnya,

group dari nodes area permukaan tumpuan & beban,



group dari nodes area permukaan bidang kontak (master & slave) bagian pertama,





group dari nodes area permukaan bidang kontak (master & slave) bagian kedua,





... in progress

Read More