perbedaan hasil FE analisa berbagai jenis element pada balok pre-twisted

[draft]

contoh kasus analisa menggunakan element shell biasa/standard yg umumnya banyak digunakan program FE general dibandingkan terhadap hasilnya dengan element shell continuum 3D yg hanya tersedia pada beberapa software FE spesifik seperti Abaqus/CalculiX,



diketahui dimensi balok:

• panjang, L=12.00 m


• lebar, b=1.10 m


• tebal, t=0.32 m

material properties:

• Modulus elastisitas, E=29000 kPa


• Angka banding poison, v=0.22

geometri balok dilakukan pre-twisted sebesar 90deg dengan perubahan linear tiap segment elemennya. beban yg diterapkan berupa point load sebesar 1.0 N pada arah sumbu-Y global dan akan dibandingkan hasil analisa defleksi arah tersebut, study konvergensi  menggunakan berbagai element serta kehalusan mesh:

• conventional 1D beam element, both Euler and Timoshenko beams


• expanded beam 3D continuum


• linear shell element (quad 4), both for Mindlin-Reissner thick and Kirchof-Love thin


• quadratic shell element (quad 8), both for Mindlin-Reissner thick and Kirchof-Love thin


• continuum 3D shell element


• brick/solid element, linear & quadratic

seperti yg sudah banyak diteliti, penggunaan conventional shell element gagal mencapai konvergensi pada kasus diatas walau digunakan refined dengan mesh yg sangat halus.

(source: LISA-FET/Kemp V.,2013)

tampilan hasil analisa menggunakan jenis element quadratic shell (quad 8) Mindlin-Reissner thick plate theory memperhitungkan deformasi geser.

(16 element, 69 nodes)

(64 element, 223 nodes)

berikut perbandingannya dengan hasil analisa menggunakan element shell continuum (S8),

(16 element, 165 nodes)

(64 element, 551 nodes)

terlihat penggunaan element shell continuum dapat mencapai konvergensi dan bahkan dengan cukup cepat diterapkannya mesh refinement, dan ini merupakan indikasi yg menunjukan penggunaaan element tersebut lebih akurat. dibawah adalah tampilan kontur distribusi tegangan von-Mises



 

to be added,..

yg belum beam 1D element conventional/standard dengan beam continuum 3D, Kirchof thin shell & Timoshenko thick beam serta element solid true. nanti ada waktu dibuat menyusul kemudian perbandingannya,

lainnya analisa nonlinear plastisitas mencari nilai tegangan residu dan deformasi permanen akibat pemutaran penampang balok sebesar 90deg pada jung yg sebelumnya tegak seperti posisi pada tumpuan.

 

*updates

hasil analisa dengan menggunakan conventional 1D beam element, Euler mengabaikan deformasi geser.

(8 element, 9 nodes)

penghalusan jumlah pias pembagi (mesh refinement),

(16 element, 17 nodes)

(32 element, 33 nodes)

kontur tegangan arah sumbu utama pada titik sudut tepi penampang balok,

hasil analisa menggunakan elemen beam continuum 3d quadratic (B32),

(16 element, 200 nodes)

tampilan kontur distribusi tegangan von-Mises,



penghalusan mesh transisi kelengkungan,





 

**Note: Finite Element Solver are LISA-FET/MW and CalculiX

Read More

SALOME-CAD/CAE di OS Windows

 SALOME merupakan program CAD/CAE yg bersifat opensource dgn didistribusi secara cuma-cuma karena didukung oleh EDF R&D, awalnya hanya berjalan di OS Linux namun tahun belakangan sudah mendukung untuk OS Windows. Kemampuan program yg advanced dalam hal modeling & meshing (hexablock), dan lagi kelengkapan dokumentasi membuat sya ingin mempelajari lebih lanjut diwaktu luang karena tidak perlu berpindah komputer atau reboot akibat perbedaan sistem operasi. solver FE yg digunakan yaitu CalculiX, bukan default bawaan yg MECA yaitu Code_Aster, dan lagi ... bahasa adalah kendala bagi sya.



berjalan di Windows 10 32bit, untuk yg versi terbaru hanya ada untuk 64bit.



ekstrak file binary,



kelengkapan dokumentasi program,





conversi hasil mesh UNV dan definisi group boundary condition dgn program yg dibuat Bernhardi (2011), sudah mendukung semua element type di CalculiX.

Remarks:
- Unical translates the following three Universal data sets:
2411, node point numbers and coordinates
2412, element type codes and connectivities
2467, groups of nodes and elements.
Everything else is ignored.
- Only tested with universal files generated by SALOME.
- Planar elements are always translated to shell elements, e.g. S8R. Thus
the *element, type= lines must be modified if e.g. CPS8 elements are to be
used.
- In case of a volume mesh, SALOME also generates surface elements;
correspondingly, in case of a planar mesh the boundary is also output
using line elements. In most cases the boundaries are not needed and
are therefore not translated to CalculiX; rather, the surface elements
are used to generate *surface input lines for ease of boundary condition
definition, as described above.
- However, there are cases where different element dimensions are desired;
for example, combination of volume elements and beam elements. If this is the
case, specify "./unical -f cube". Then, all elements are translated. If only
volumes and beams are wanted, shell elements must be manually removed from
the .inp file.

 



contoh lain penggunaan meshing dengan algorithm hexahedron (i,j,k) dengan sebelumnya dilakukan partisi geometri object/model.



hasil meshing,



informasi element mesh beserta check quality pada aspect ratio,



hasil mesh dan definisi boundary condition setelelah di-export menjadi format INP CalculiX/Abaqus.



contoh lain lagi meshing hexahedral pertemuan dua buah pipa menggunakan template yg tersedia,





dibawah adalam contoh lain sederhana modeling dan meshing element shell pada pertemuan dua buah pipa,



hasil meshing dengan algorithma Netgen 1d/2D with allow quadrangle mesh,



mesh UNV setelah dikonversi menjadi format INP Abaqus/CalculiX dan dibuka dgn program CalculiX Graphics. pengelompokan group untuk boundary condition dan shell properties (e.g thickness)





contoh lain meshing ntk element shell, karena merupakan suatu permukaan maka object bantu partisi dapat berupa garis tunggal.







zoom hasil meshing daerah pertemuan,



terlihat program SALOME cukup stabil berjalan di OS Windows, tidak terjadi crash atau freeze pada saat modeling & meshing.



... to be add

• using HexaBlock modules for semi-automatic hexahedral meshing


• make some tutorials trough my learning curve :)

 

*updates

membaca dokumen tutorial mengenai prosedur HexaBlock cukup panjang tahapnya, jadi untuk saat ini sya sampai pada tahap metode partisi saja untuk penentuan meshing hexahedral element. prinsipnya dibuat partisi terlebih dahulu dengan acan jumlah sisi adalah empat garis kelebihannya sisi tersebut dapat kombinasi dengan garis edge lengkung.



alat bantu partisi tersebut dapat berupa bidang yg sebelumnya dibentuk terlebih dahulu dgn penentuan dimensi berdasarkan bounding plane yg perlu menjangkau object yg akan dibuat partisi tsb.



sedangkan pembuatan bidang (plane) untuk membantu proses partisi tersebut, dapat dengan mudah dibuat berdasarkan penentuan tiga titik acuan.



diatas adalah object solid pipa yg dibuat lubang tegak lurusnya terhadap object silinder, dan berikutnya adalah hasil meshing dengan algorithma otomatisasi Hexahedron (i,j,k) masih perlu perbaikan pada jumlah mesh pembagi sisi tebal yg masih uniform menjadikan cukup banyak. penentuan parameter tersebut dengan sub-mesh pada edge garis untuk local meshing.



dibawah saya coba lagi metode partisi tersebut pada object yg lebih rumit, walau kelihatannya saja sederhana. dikatakan cukup rumit karena object bantu partisi tidak plane namun memiliki permukaan kurvatur. program SALOME berhasil tanpa adanya kendala,

(gbr. 1 object dilihat dari sisi atas)

(gbr 2 object dilihat dari sisi bawah)

dan berikut hasil meshing otomatisasi hexahedra beserta laporan running, belum dilakukan penentuan edge local meshing.







saat dilakukan quick try diatas, terlihat kelebihan program SALOME untuk  modeling & meshing, dukungan juga dari UNICAL converter yg menjembatani dengan Abaqus/CalculiX menjadikan tool yg menjanjikan untuk membantu simulasi mekanika tingkat advanced sebagai virtual laboratories

 

Read More

setting jumlah processor untuk solver FE (CCX)

solver dari program elemen hingga CalculiX sudah mendukung penggunaan multi processor, sangat berguna menyelesaikan persamaan matrik yg sangat besar dan adanya iterasi akibat nonlinearitas (geometri dan/atau material) menjadi lebih cepat waktunya. untuk versi Windows cara mengaktifkannya adalah sebagai berikut,



lalu pilih "Advanced system settings"





klik tombol "Environment Variables"



klik tombol "New" untuk menambahkannya, nilai berikut tergantung dari jenis processor user.



pada CalculiX versi windows sya menggunakan distribusi dari bConverged, perlu ada setting tambahan edit file "bat" berikut.



karena masalah administrasi maka file tersebut perlu di copy ke folder lain misal ke folder Document lalu lakukan editing seperti berikut, setelah selesai kembalikan dan lakukan overwrites dgn administration rights.

 



jika pada saat running input files maka solver akan menunjukan jumlah processor yg sdg digunakan, ditampilkan seperti berikut.



 

spek laptop sya kategori low bgt untuk tujuan simulasi mekanika :) Windows masih 32bit dan RAM hanya 3Giga namun ini sudah cukup buat study dan solving model kecil sampai menengah.. paling juga nunggu solver job finish sambil browsing cari artikel.

Read More