tingkatan waktu penyelesaian solver CCX pada model tulangan tertanam

sebelumnya telah dibahas tingkatan kebutuhan solver FE (CCX) dalam menyelesaikan masalah kontak dan plastisitas menggunakan element shell dan solid 3d, namun baru pada plastisitas material baja. kali ini ditinjau tulangan besi tertanam pada blok beton yg mengalami gaya momen terpusat, adapun tinkatan analisa yg ditinjau adalah sbb:

1. steel=elastic, concrete=elastic
2. steel=elastic, concrete=compression_only
3. steel=elastic, concrete=plastic
4. steel=elastic, concrete=damage
5. steel=plastic, concrete=elastic
6. steel=plastic, concrete=compression_only
7. steel=plastic, concrete=plastic
8. steel=plastic, concrete=damage

pada awal hubungan muka pertemuan dimodelkan terhubung monolit dengan tie constraint, lalu selanjutnya dgn kontak friksi dan tidak, sehingga akan ada 24 model lebih.

.

.

setting jumlah processor & solver

.

model (1) steel=elastic, concrete=elastic, contact=tie

.

.

.

.

.

model (2) steel=elastic, concrete=compression_only

.

.

.

.

model (3) steel=elastic, concrete=plastic

.

.

.

.

model (4) steel=elastic, concrete=damage

.

Read More

cek awal model dan mesh balok beton bertulang

model elemen hingga untuk analisa komponen struktur beton bertulang, sebelum analisa tingkat lanjut yg kompleks dan advanced seperti geometric dan meterial nonlinear plastisitas/damage. baiknya awal dilakukan analisa linear biasa terlebih dahulu untuk memastikan model dan mesh sudah dapat berjalan baik. penggunaan elemen solid pada tulangan pokok dan sengkang untuk tujuan mencakup perilaku aksi dowel dan pengaruh pengekangan beton (confinement). pemodelan tulangan pokok dengan elemen solid sesuai geometri namun adanya sirip pada tulangan ulir (deformed bars) diabaikan, model tulangan sengkang disederhanakan dengan elemen solid bentuk pesegi ekivalen untuk penyederhanaan meshing, tekukan ujung diabaikan. node pada mesh bertemu/menyatu secara continuous menjadikan hubungan ideal monolit penuh, lekatan antara tulangan dgn beton diabaikan. memanfaatkan model simetri untuk mereduksi waktu komputasi.
           

.

bentang, dimensi penampang dan ukuran tulangan, ditunjukan dalam gambar ilustrasi berikut:

.

.

.

.

.

.

.

.

.

need to be add,

• using nonlinear material: steel plasticity, concrete: compression only, mohr coulomb, drucker prager, damage mazars.
• hand calculation, compared with utoronto R2 results, lab test benchmark from another
• simple supported beams with concentrate loads, additional steel plate and contact support.
• re-meshing using structured hexahedral element
• make graph of computational times for every model complexity.
• full 3d model for unsymmetrical loads (biaxial shear, moment, torsion, normal eccentric)
• software use: SU, SP, PPM, CCX, MF, R2

Read More

pemodelan adanya las pada sambungan baja

sambungan baja dengan end-plate digunakan las sebagai penghubungnya, mutu material las lebih tinggi (40%~70%) dibanding profil baja dan pelat penghubung, sedangkan mutu material pelat dapat dibuat lebih tinggi dibanding profil untuk efisiensi bahan. pada pemodelan FE sambungan baja profil dengan end-plate biasanya disederhanakan dengan diabaikannya model las, dihubungkan secara ideal dengan mesh yg menerus. dimasukkannya model las lebih teliti namun itupun belum mencapai tinggi jika belum memasukkan pengaruh tegangan/regangan sisa dari proses thermo-mechanical akibat pekerjaan las keliling. berikut ditinjau model sederhana profil WF400 dengan endplate tumpuan ideal 6bh baut, beban terpusat momen sebesar 50kN*m diterapkan pada ujung.


Model CAD,

.

(source: AISC, 2003)

.

pemodelan sambungan las sebenarnya tergantung metode pengerjaan, apakah dilakukan beveling penuh di daerah flens profilnya atau tidak. jika dilakukan beveling seperti rekomendasi AISC, maka pemodelan FE dengan mesh terhubung langsung secara menerus sudah cukup mendekati walau mungkin agak sedikit berbeda pada hasil dengan kondisi batas bawah (lower bound) akibat jarak lengan momen lentur end-plate.

Model FE,

.

.

Notes:

• digunakan elemen jenis quadratic tetrahedral, material properties semua sama/seragam.
• tumpuan ideal pada enam buah baut, no contact models.
• diterapkan tie constraint, untuk pertemuan muka profil dgn las, endplate dgn las
• gap/disconnected antara muka penampang profil dgn endplate.
• momen terpusat bekerja pada reference nodes yg terhubung dgn penampang profil dgn rigid body

Hasil running Analisa,

Model (A) adanya las

.

.

setting warna kontur maksimum (nilai tegangan leleh untuk las mutu E70xx)

.

.

Model (B) tanpa las

.

secara keseluruhan tinjauan tegangan leleh kriteria von Mises tidak menunjukkan perbedaan yg cukup signifikan antara kedua pemodelan tersebut, selisih hanya sekitar ~2.4% saja. walau agak sedikit berbeda pada daerah flens yg bertemu dgn end-plate karena diabaikannya pemodelan las, hal ini sudah cukup dapat diterima. namun jika ingin lebih teliti dan juga untuk mengetahui tegangan yg terjadi pada las maka perlu dimodelkan. perlu juga memasukan perilaku kontak dan plastisitas material baja, akan lebih teliti lagi jika dimasukan pengaruh tegangan sisa pada profil akibat fabrikasi hot-rolled dan juga tegangan sisa pada endplate/profil akibat proses pengelasan.

*solver CCX, render PPM, model SU

Read More

merubah jenis font pada SMATH Studio

SMATH Studio adalah jenis program lembar perhitungan dengan konsep menampilkan seperti pada textbook, dapat berjalan pada OS Windows & Linux, bahkan belakangan ada versi Android. mempunyai bawaan default font yg ditampilkan adalah jenis "Courier New" untuk bagian text dan equation, terkadang kurang baik ditampilkan terlihat seperti type writer (mesin ketik lama). umumnya pada laporan jenis huruf yg digunakan pada equation adalah standard yaitu Time News Roman untuk kejelasan tampilan angka dan symbol. Developer SMATH memberikan kesempatan kepada pengguna untuk merubah konfigurasi default huruf yg digunakan untuk tampilan bagian equation. Berikut tahapannya,

.

langkah pertama adalah edit file "setting.prop" pada folder instalasi.

.

.

langkah kedua yaitu merubah bagian "text area" dengan membuka file *.sm dengan text editor (dalam hal ini sya menggunakan SciTE) kemudian lakukan replace pada menu.

.

.

jika pengguna ingin merubah jenis font pada bagian header atau judul dapat dilakukan dengan replace,

.

"using with caution" hindari kesalahan pengetikan atau terhapus pada bagian tertentu, karena akan menjadikan format XML tidak valid atau corrupt. sebaiknya juga penguna membuat backup file dulu sebelum melakukan modifikasi font pada "text area".

sedangkan untuk setting jenis huruf tebal, miring atau garis bawah tidak ditampilkan pada menu atau icon program namun menggunakan shortcut yaitu: "ctrl+b" untuk "bold", "ctrl+i" untuk "itallic" dan "ctrl+u" untuk "underline" yang mana ini adalah umum pada banyak program editor.

Read More

pre-processor FE model struktur gedung dgn CAD standard

software desain untuk tujuan penggambaran sudah lama ada sejak AutoCAD versi DOS jauh lebih maju konsepnya terlebih dahulu (snap, tracking, layer, etc) sebelum software modeling FE seperti SAP atau NASTRAN, sehingga software FE modeling lain sampai saat ini masih menjembatani dgn program CAD seperti format DXF untuk element frame, IGES untuk element Shell dan STEP untuk element Solid. memang secara prinsip orientasi modeling antara software FE dan CAD berbeda, yaitu pada tujuan visualisasi dan numerical. Sebelumnya ANSYS dan lainnya seperti SALOME mengembangkan integrasi keduanya, dimana modeling CAD dan  Meshing merupakan satu kesatuan dan belakangan MSC Software lebih advanced mengintegrasikannya pada software Apex dengan metode direct modeling & meshing.

.

.

.

(source: MSC Software)

.

jika dilihat dari berbagai perkembangan software FE yg ada sampai saat ini masing-masing mempunyai kelebihan atau kekurangan diantara modeler, mesher atau solver. seperti ABAQUS yg terkenal solver nya sedangkan ANSYS lebih dikenal modeler dan meshernya. kedua software FE tersebut lebih spesifik untuk teknik mesin/penerbangan yg dominan jenis analisa menggunakan element shell atau solid beserta nonlinearitasnya, untuk aplikasi teknik sipil/struktur lebih terkenal SAP/ETABS atau STAAD/STRUDL yg dominan jenis analisa menggunakan elemen frame atau truss dan kebanyakan masih linear walau dapat juga untuk element shell atau solid namun masih terbatas belum sampai advanced seperti contact & plasticity. software aplikasi FE untuk teknik sipil/struktur berbeda pendekatan pada modeling dibanding software teknik mesin/penerbangan, ini dikarenakan model yg dianalisa dalam skala besar seperti gedung sehingga solver dibuat efektif misal nonlinearitas penampang balok/kolom dimodelkan dengan element garis 1dim frame dengan plastisitas terkonsentrasi (concentraded) atau menyebar (distributed) pada bentang, object pelat/dinding beton bertulang dimodelkan dgn element shell dgn rasio tulangan kedua arah. pada pemodelan interaksi struktur dgn tanah yaitu titik pondasi dimodelkan dengn pegas nonlinear representasi pile cap atau footing. pemodelan nonlinearitas pertemuan balok dan kolom yaitu sambungan dimodelkan dengan pegas hubungan momen-rotasi, semua hal tersebut ditempuh untuk mencapai efektifitas pada model struktur gedung yg besar dan rumit yg mana akan sulit dan lama jika dimodelkan dengan elemen shell dan solid. untuk tujuan desain bahkan jauh lebih sederhana dengan banyak mereduksi kompleksitas namun tetap menjaga konsistensi desain dan batasannya.

.

analisa nonlinear struktur gedung diperlukan untuk tujuan study kehandalan konfigurasi yg ditentukan akibat beban berlebih yg sulit terprediksi seperti akibat gempa (seismic). software FE yg mampu sampai tahap tersebut diantaranya adalah ZeusNL/SeismoStruct, Perform3D/DRAIN dan OpenSees namun masih terbatas pada solver dan belum lengkapnya untuk modeling dan meshing sehingga diperlukan software lain untuk memenuhi kekurangan tersebut. dalam hal ini sya memilih CAD standard (AutoCAD, IntelliCAD, etc) karena lebih mudah diakses serta multi platform OS seperti DraftSight, dijembatani dgn format DXF untuk modeling element frame/truss dan plate/shell. masih dalam tahap awal konsep atau prototype, dimana sya review semaksimal mungkin kemampuan standard bawaannya. pada umumnya software FE pada feature import DXF hanya terhadap geometri object dan koordinat saja, kepemilikan object belum dimanfaatkan seperti layer, linetype & lineweight padahal cukup berguna misal untuk layer dapat diberi keterangan penamaan sampai dgn 255 character dan jumlah layer maksimum cukup banyak yaitu dapat sampai 32767. begitupula dengan linetype dapat diberi penamaan dan jumlah ragam dapat cukup banyak, untuk lineweight dapat sampai 24 tingkatan intensitas.

(source: Autodesk)

.

pada tahap awal diperlukan proses pembacaan format DXF yaitu object dan koordinatnya, seperti object 'Line' untuk element frame/truss dan object '3DFace' untuk element shell. kebanyakan software FE yg ada hanya pada sampai tahap ini, sehingga properties penampang, material dan beban perlu ditentukan kemudian oleh user. hal tersebut tentunya akan cukup panjang untuk keseluruhan model struktur gedung apalagi konfigurasi cukup rumit, dalam hal ini sya memanfaatkan object properties untuk kekurangan tersebut sehingga sedikit bahkan mungkin tidak perlu lagi tahap lanjut atau model dapat dikatakan cukup lengkap dan siap running.

.

.

bahasa pemograman yg digunakan sebelumnya menggunakan C/C++ sudah dapat membaca dan menkonversi file DXF menjadi input OpenSees, saat ini sya menggunakan Python seperti tampilan diatas. masih dalam tahap awal belum sampai mengkonversi karena memang baru review kemungkinan kemampuan dan pengembangannya. terlihat sudah dapat membaca object dan properties, dimana:

• 'Point' akan digunakan untuk definisi beban titik, tumpuan, mass, extra nodes
• 'Text' akan digunakan untuk keterangan tambahan misal slave dan master nodes
• 'Arc/Circle' akan digunakan untuk frame dgn geometri lengkung segmental
• '3DFace' akan digunakan untuk elemen shell dan penentuan pembesian untuk analisa nonlinear shearwall atau area loads yg akan disalurkan otomatis ke balok sekelilingnya
• 'Layer' akan digunakan untuk definisi penampang (Rect,Circ,I,C,etc) pada elemen frame/truss beserta rotational axis dan penentuan pembesian/profil baja untuk analisa nonlinear beton bertulang atau komposit
• 'Linetype' akan digunakan untuk definisi material (Steel, Concrete, etc)
• 'LineWeight' akan digunakan sebagai beban merata pada elemen frame atau beban titik node pada element shell jika layer garis nul atau sebagai penentu distribusi beban ke balok sekelilingnya.

.

proposal penamaan layer untuk definisi penampang dan kepemilikannya untuk analisa linear dan tujuan desain dgn OpenSees,

• BEAM_Rectangle_B300xH600_Concrete_Fc30MPa_SteelReinf_Fy400MPa_Fys250MPa_MainTop_xD16_MainBot_xD16_Stirrups_2D10Sx (jumlah 114 karakter)
• COLUMN_Circular_D600_Concrete_Fc30MPa_SteelReinf_Fy500MPa_Fys250MPa_Main_xD22_Stirrups_2D10Sx (jumlah 94 karakter)
• COLUMN_Rectangle_B400xH600_Rotated90deg_Concrete_Fc35MPa_SteelReinf_Fy500MPa_Fys250MPa_Main_xD16_Stirrups_2D10Sx (jumlah 113 karakter)
• SLAB_Thickness120_Concrete_Fc30MPa_SteelReinf_Fy400MPa_Cover30_MainLong_2LayersD10Sx (jumlah 85 karakter)
• WALL_Thickness200_Concrete_Fc35MPa_SteelReinf_Fy500MPa_Cover40_MainLong_2LayersD10Sx (jumlah 84 karakter)

proposal penamaan layer untuk definisi penampang dan kepemilikannya untuk analisa nonlinear dgn OpenSees,

• BEAM_Tee_B300xH600xT120_Concrete_Fc30MPa_SteelReinf_Fy500MPa_Fys250MPa_MainTop_5D19_MainBot_2D16_MainWeb_2D13_Stirrups_2D10S150_MainSlab_2LD13S200 (jumlah 134 karakter)
• COLUMN_Circular_D600_Concrete_Fc30MPa_SteelReinf_Fy500MPa_Fys250MPa_Main_12D22_Stirrups_2D10s100 (jumlah 97 karakter)
• COLUMN_Composite_Section_I400.400.20.10_Circular_D600_Concrete_Fc30MPa_SteelSection_Fy250MPa_SteelReinf_Fy500MPa_Fys250MPa_MainLong_10D16_Stirrups_2D10S100 (jumlah 156 karakter)
• SLAB_Thickness120_Concrete_Fc30MPa_SteelReinf_Fy400MPa_Cover30_MainLong_2LayersD10_xDirsSpace150_yDirsSpace150 (jumlah 111 karakter)
• WALL_Thickness200_Concrete_Fc35MPa_SteelReinf_Fy500MPa_Cover40_MainLong_2LayersD13_xDirsSpace150_yDirsSpace100 (jumlah 111 karakter)

.

proposal penamaan layer pada object Point untuk definisi restraint tumpuan, penentuan besaran massa pada nodal dan definisi multi-point-constraint pada lantai asumsi kaku (rigid diaphragm)

• RESTRAINT_xDisp1_yDisp1_zDisp1_xRot0_yRot0_zRot0 (fast: RESTRAINT_Fixed, Pinned, Rolled)
• MASS_TransX30_TransY20_TransZ0_RotX0_RotY0_RotZ10
• SLAVE_pDirZ_Elv5000 dan MASTER_pDirZ_Elv5000

(source: OpenSEES)
.

hal yg perlu ditempuh adalah pngumpulan data koordinat nodes dan penamaannya untuk mapping dan parsing tingkat lanjut: nama layer, linetype, lineweight. penentuan nomer joint, penentuan joint pembentuk elemen frame/shell, hubungan balok sekeliling dari suatu panel untuk distribusi beban auto one/two ways. dibawah adalah cuplikan tampilan pengambilan data dari nama layer "WALL_Thickness200_Concrete_Fc35MPa_SteelReinf_Fy500MPa_Cover40_MainLong_Layers2_D13_xDirsSpace150_yDirsSpace100"

.

penanganan masalah akurasi pada saat penggambaran koordinat posisi "Point" atau "Text" dgn CAD, akan dilakukan snap terhadap koordinat nodes yg sudah ada terdekatnya dgn toleransi tertentu.

.

perhitungan untuk panjang element, distribusi beban dari panel lantai, dll. serta perhitungan untuk memecah object lengkung (arch & circle) menjadi beberapa segment garis.

.

perlu disediakan DXF template khusus untuk tujuan kemudahan modelisasi agar dicapai hasil konversi yg lengkap dan hanya cukup sedikit modifikasi text input, misal pada beban titik pada bentang balok atau dipecah (split) langsung saat penggambaran agar dapat siap runing jika memungkinkan. metode lain yg advanced adalah object based yg mana proses split dilakukan tidak langsung namun proses lanjut untuk tujuan persyaratan model element hingga, pemecahan element berdasarkan pertemuan/perpotongan dari object yg ditentukan.

(source: OpenSees)
.

(source: Hajjar etal, 2014)

.

(source: Lu etal, 2014)

.

penentuan nama layer tersebut untuk pemodelan penampang balok/kolom (fiber section) analisa nonlinear, serta nonlinear layered shell element untuk pelat lantai/slab dan dinding geser/shearwall. mengenai pemodelan foundasi mungkin nantinya generate dari penamaan layer 'Point' untuk kemudian digunakan model Boulanger etal (2003) seperti berikut yg telah digunakan peneliti lain.

(source: Simon, 2013)

.

.

proposal penamaan layer 'Point' untuk model pondasi dalam (driving/bored)

• PILECAP_N5_Thickness1000_RigidModel_RectPile400_Concrete_Fc35MPa_SteelReinf_Fy400MPa_Fys250MPa_MainLong8D16_StirrupsD10S200_PileDistance1200_Depth16000_SoilPropData_zLiquif9000_tLiquif3000_unitWeight17_fricAngle30deg_shearMod150000

.

.

mengenai hasil output dari OpenSees juga memungkinkan ditampilkan dalam format DXF sehingga dapat dibuka dan ditampilkan dgn program CAD standard (3D Extruded Views dgn object 3DFace  entity (?) untuk kejelasan penerapan penampang balok/kolom, perlu dicari nanti), untuk plot hasil (internal forces: M,V,N dan hasil analisa nonlinear) mungkin perlu dibuat per-portal atau per-lantai untuk menyederhanakan tampilan.

.

file yg digunakan untuk membaca dan menggambar adalah output format XML, terlihat dari postingan sya sebelumnya menunjukan cukup lengkap dapat langsung digunakan karena sudah disertakan juga node coordinat pada hasil output deformasi struktur dan support joint reaction, sedangkan pada member element force (N,V,M) perlu tahap lanjut dengan mengganti node id's dengan koordinatnya mungkin cukup dengan fungsi find/replace biasa atau penggunaan regular expression.

(source: PEER, 2016)

.

cukup ada gambaran berdasarkan review singkat diatas kemungkinan penggunaan CAD standard untuk pre-processor FE code OpenSees, menarik juga kapabilitasnya. nanti kalo sudah tahap alpha perlu diberi nama (?) mungkin OPSwuCAD maksudnya singkatan bahasa slang "OpenSees with your CAD" cukup sederhana dan bagus kedengarannya :)

Read More