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

Read More

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

Read More

belajar kepada ahli secara cuma-cuma(?)

.

kata cuma-cuma atau gratis (free) sudah terbentuk dipandang kurang atau berkonotasi negative, misal tidak mau modal dan usaha padahal seharusnya tidak selalu seperti itu apalagi dunia pendidikan dan pembelajaran atau perangkat lunak, masalahnya terletak pada pendanaan dan tujuan kepentingan (gains and rewind). seperti yg dilakukan AISC menyediakan materi kursus cuma-cuma di channel YouTube dan website resminya namun untuk sertifikasi profesionalisme akan dikenakan biaya karena menyangkut jenjang karir dan penghasilan.

.

media pembelajaran saat ini sudah berkembang demikian pesatnya dengan adanya koneksi internet yg cepat & murah, banyak rujukan sumber pembelajaran seperti (report, lecture notes, software, presentation, etc) yg disediakan oleh para ahli yg sudah dulu mempelajari lebih dalam mengenai bidang struktur thd topic yg dibahas. sayangnya bukan dalam Bahasa Indonesia karena memang para peneliti terdahulu itu berasal dari Negara luar, mungkin di dalam negeri juga sudah ada namun kurangnya keterbukaan akses akan publikasi yg menjadikan kurang cepat diterima oleh pemerhati/peneliti lain.

.

sedikit berbagi cerita beberapa tahun lalu sya pernah berkunjung kesebuah forum/blog dimana sedang membahas tentang stabilitas balok-kolom baja (P-delta effects), berdasarkan penelitian pribadi study pustaka dari buku rujukan dan berbagai laporan penelitian di luar hal tersebut sudahlah lama. disitu sya hanya menyampaikan secara history saja (given respect to previous researcher) serta penekanan batasan pada kolom baja bergoyang atau tidak terkekang (sway frames) sedangkan untuk kolom braced frames belum dapat secara langsung diterapkan otomatisasi pada program komersil yg ada, namun disanggahnya bahwa itu adalah baru yg terbukti dgn diadopsi oleh codes atau peraturan perencanaan saat ini (2015).

.

menilik sejarah analisa analisa orde-dua struktur rangka baja yg sya dapatkan dari study pustaka, sudah ada dimulai dari tahun 1985 oleh Goto & Chen (screenshot #1). namun sya lihat dalam laporannya belum mencakup pengaruh ketidak sempurnaan geometris dan inelastic material serta tegangan residu awal. penelitian berlanjut dan terus dikembangkan sampai sepuluh tahun berikut dibawah ini,

.

screenshot berikut menunjukkan bahwa metode analisa desain langsung untuk portal baja yg diadopsi peraturan AISC 2005 (Appendix) sudah lebih dulu dipelajari dan ditempuh validasi oleh Kim & Chen di tahun 1995 (screenshot #2 & #4) dan mungkin peneliti lainnya, berkisar sepuluh tahun yg lalu. sedangkan peraturan dalam negeri baru dua puluh tahun kemudian yaitu di tahun 2015.

.

metode perhitungan matrik kekakuan untuk analisa orde-dua untuk elemen balok-kolom bahkan sudah ada lebih awal dari buku tulisan Przemieniecki (screenshot #3)di tahun 60-an walau ini agak berbeda dgn Chen & Ziemian yg menggunakan stability function kerena jangkauannya terhadap pengaruh inelastisias metarial pada penampangnya.

.

agak bingung karena itu datang dari statement yg dipandang ahli struktur baja di Indonesia, daripada berujung debat tanpa rujukan dan pembuktian hanya opini ya sya akhiri saja tidak lanjutkan. sya lakukan tersebut saat penulis mengabaikan matrik kekakuan geometri struktur yg mana ini berdasarkan pemahaman sya adalah hal penting dalam perhitungan orde-dua dan biasa digunakan pada program analisa struktur modern saat ini seperti SAP/ETABS, STAAD, RAM, Dlubal dan OpenSEES walau sebagian software struktur lain menggunakan fictitious lateral method (RISA) dan stability functions (Robot, Mastan). belakangan setelahnya saya lihat penulis tsb melakukan penelitian namun sya lihat tidak merujuk penelitan yg sudah ada diluar, reinventing the wheel? I don't think so. pengalaman tersebut menunjukan bahwa setiap statement atau pendapat dari seorang yg dianggap ahli sekalipun tidak mutlak kebenarannya dan perlu menelusuri sendiri dari sumber aslinya walaupun itu bukanlah perkara yg mudah.

.

diatas adalah updates metode analisa dari SAP2000 dgn matrik kekakuan geometri dibandingkan dgn metode advanced yg menggunakan stability function oleh Thai di tahun 2012 (screenshoot #4 & #5) yg mana sya sampaikan pada blog penulis yg dimaksud diatas: pada kasus kedua belum diterapkan otomatis oleh program perlu manual (adjust). Hal lain yaitu saat benchmark 3D steel frames (sway) thd pengaruh inelastic material  dan nonlinearitas geometri (ultimate) program SAP2000 tidak digunakan karena keterbatasannya melainkan menggunakan program ABAQUS.

.

sedangkan rujukan aslinya dari De Souza (2000) penelitian dan laporan untuk mengimplementasikan kodenya pada program OpenSEES. Algorithma dari setiap pembuat program analisa struktur (developer) program komersil memang rumit terkesan blackbox namun bagi saya sebagai pengguna program (user) adalah perlu mengetahui untuk menjangkau batasan cakupannya agar saat menempuh benchmark dan validation dapat setara atau lebih teliti/akurat.

.

dan selanjutnya metode perencanaan yg sudah dan terus diteliti adalah metode "Advanced" memperhitungkan inelastic material dan nonlinearitas geometry secara langsung, terlihat itu juga sudah cukup lama namun belum diadopsi oleh peraturan codes AISC mungkin dikedepannya akan masuk juga dalam appendix. namun sya pribadi belum kesitu walau beberapa software yg ada saat ini sudah capable, karena alasan waktu lebih diutamakan untuk mempelajari pengaruh tingkat kekakuan sambungan baja terhadap perilaku portal keseluruhan yg mana hal tersebut perlu diperhitungkan menurut peraturan atau codes.

.

mengenai materi pembelajaran banyak sekali presentasi lain yg disediakan oleh AISC, jika ingin mempelajari lebih lanjut dapat berkunjung ke personal website penyampai yg memang ahli tersebut, akan banyak ditemukan dokumentasi pendukung atau setidaknya rujukan. belajar itu bukan hanya dari opini perorangan saja yg disampaikan pada sebuah forum atau blog! tidak terkecuali sya.

sumber : https://www.youtube.com/user/AISCEducation/videos

Read More