elemen shell continuum berlapis pada software FE

pada software FE CalculiX pengguna diberi pilihan untuk menggunakan elemen shell continuum yang berlapis, jenis yg dapat digunakan adalah three/four nodes quadrialteral (S3/S4) dan nine nodes quadrialteral (S8/S8R). elemen shell continum linear (S4) akan dilakukan ekpansi menjadi elem hexa (C3D8I) sedangan yg quadratic (S8) menjadi hexa (C3D20) oleh solver FE pada tahap running. berikut perbandingan hasilnya pada beberapa elemen tersebut, peggunaan elemen shell continum yg berlapis diperlukan untuk akurasi hasil pada sisi ketebalan pelat, terutama pada analisa nonlinear dengan plastisitas & kontak. direkomendasikan setidaknya empat lapis untuk penggunaan jenis elemen linear atau dua lapis untuk penggunaan jenis elemen quadratic. namun untuk masalah kontak lebih direkomendasikan penggunaan elemen linear (S4/C3D8I) karena masalah konvergensi (Selamet etal, 2010).

.

.

tahap awal sebagai tambahan perbandingan adalah dengan elemen shell standard Mindlin Thick pada sofware FE LISA/Mecway. contoh pelat baja kantilever (20x100x400mm) dengan beban merata (3N/mm2) dua arah yaitu pada sejajar biddang (in plane) dan tegak lurus/keluar bidang (out of plane) dengan rasio perbandingan beban sebesar 1/10.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

hasil linear four nodes shell continuum element (S4) tidak berlapis,

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

hasil linear four nodes shell continuum element (S4) berlapis dengan duplikasi elemen dan penentuan offset, pemodelan ini kurang direkomendasikan karena adanya 'knot' yg menambah kekakuan elemen (Dhondt, 2018).

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

hasil quadratic nine nodes shell continuum element (S8) tidak berlapis

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

hasil quadratic nine nodes shell continuum element (S8R) berlapis, dengan perintah keyword COMPOSITE dan penerapan ketebalannya.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

ditampilkan dengan grafik perbandingan,

.

.

.

.

.

.

.

grafik perbandingan lain dengan elemen solid linear & quadratic (C3D8I & C3D20) berlapis,

.

.

.

.

.

.

.

.

dari perbandingan diatas dapat menunjukan elemen shell continum quadratic (S8) tanpa berlapis sudah cukup baik hasilnya. elemen shell continuum linear (S4) dan solid linear (C3D8I) cukup baik juga hasilnya untuk kasus lentur dan tarik, namun kurang baik untuk kasus geser. pada masa awal metode elemen hingga, penggunaan elemen quadratic sering bermasalah pada kasus adanya kontak antar node bidang karena distribusi pegas kontak nonlinear yang berbeda arah berlawanan pada mid side node, namun pada perkembangannya dikenal beberapa metode analisa kntak yaitu (node to node, node to surface & surface to surface). metode terakhir yaitu surface to surface contacts diketahui dapat menghadapi kendala konvergensi pada elemen quadratic tersebut.

.

Read More

beberapa cara pemodelan baut pada software FE

pemodelan baut adalah hal tersulit dalam analisa FE sambungan baja, karena adanya interaksi kontak/ sliding friksi, gaya prategang dan plastisitas pada baut & lubang. hal tersebut yg menjadikan hampir tidak memungkinkan memodelkan secara keseluruhan pada portal bangunan baja. bahkan untuk satu sambungan kompleks yg terdiri dari banyak member balok & bracing saja butuh resource computer yg sangat tinggi. dikarenakan keadaan tersebut banyak metode penyederhanaan untuk modeling baut pada software FEA diantaranya adalah,

1. beams or springs element connected with rigid links / multi point constraint / DOF coupling
2. beams element connected with spider beams or triangular plates
3. solid element with fully contact or partially bonded

dari pemodelan diatas yg paling cepat adalah dengan model (1), namun mempunyai kekurangan karena transfer gaya yg sebanding menjadikan sangat kaku pada nodes yg terhubungnya. selain itu tidak dapat terwakilkannya kondisi tumpu (bearing) dan juga baut yg tertekan (tension only) jika memodelkan dengan beam element. model (2) dapat menutupi kekurangan tesebut dengan diterapkannya tingkat kekakuan element balok penghubungnya (spider beams) namun untuk kondisi baut yg tertekan pelu dicari pendekatan lain(?) walau terlihat agak sulit karena adanya perilaku pengekangan rotasi (clamping) pada badan baut (shank). model (3) adalah yg paling mendekati keadaan sesungguhnya, sedangkan cara partially bonded yaitu pada washer (bold/nut) & sekian bagian tinggi badan baut (shank) hanya untuk mereduksi masalah  dengan mengabaikan adanya kontak dan mempercepat solver.

,

.

untuk model yg besar juga biasa direduksi dengan penggunaan elemen shell, selain itu juga untuk tujuan kekangan area nodes yang dapat ditempatkan pada bagian tengah ketebalan pelat (mid plane). konskuensi dari penyederhanaan tersebut adalah belum ditinjaunya kekuatan baut terhadap kondisi tumpu (bolt bearing strength). pada tulisan ini sya menggunakan element shell continuum S8. model baut dengan spider beams ditempatkan pada bebeapa posisi ketinggian. jenis analisa meninjau keadaa kontak dan plastisitas (simple bilinear) pada pelat penyambung. meshing elemen masih kasar namun sudah menggunakan jenis quadratic.

.

(sumber: Sutherland, 2015)
.

(a) posisi balok penghubung sejajar dengan bidang tengah (mid plane) komponen pelat

.

.

(b) posisi balok penghubung sejajar dengan bidang permukaan komponen pelat

.

.

.

.

(c) posisi pertemuan balok penghubung sejajar dengan bidang tengah (mid plane) komponen head/nut

.

.

.

..

(d) sama dengan mdel (b) namun menggunakan elemen solid quadratic C3D20

.

.

.

.

..

.

(e) sama dengan mdel (c) namun menggunakan elemen solid quadratic C3D20

.

.

.

.

need to be add, full 3D solid element with contact & plasticity

.

Read More

sambungan ujung balok sendi pada software FE advanced

jenis sambungan baja dibagi menjadi: sendi (simple pinned/hinged), jepit penuh atau menerus (fully fixed/rigid) dan kekangan sebagian (partially restrained/semi rigid) kategori tersebut hanya dapat diketahui dengan hasil eksperiment atau advanced FE (weld/bolt,contact&plasticity) )terhadap perilaku hubungan momen-rotasi. skenario jenis sambungan biasa ditentukan pada tahap awal oleh designer, konsistensi perlu diterapkan pada detail sambungan yg digambar & dilaksanakan agar perilaku saat beban bekerja tidak terlalu jauh berbeda dengan yg diharapkan. pada software linear statis biasa elemen frame/beam biasanya disediakan feature 'end release' namun pada softaware FE advanced dengan nonlinear frame/beam  element with fiber setion seperti OpenSees dan CalculiX/ABAQUS tidak disediakan karena kompleksitas jenis elemennya, namun pengguna diberikan fasilitas dengan Multi Point Constraint (MPC) ditentukan hubungan DOF antar node yg disambungkan. kedua node tersebut dapat mempunyai koordinat yg sama (coincidence) ataupun koordinat yg berbeda/ada jarak.

.

ditinjau balok grid sederhana seperti gambar diatas, model balok sekunder yang satu adalah sambungan menerus sedangkan model lainnya adalah dengan ujung sendi (simple connection). elemen balok jenis quadratic reduced (B32R) pada solver FE/CalculiX dan diterapkan MPC. 

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

terlihat hasil keluaran pada distribusi gaya dan defleksi mendekati sesuai yg diperkirakan, hanya pada section forces hasil diagram gaya geser (shear force diagrams) hasilnya belum sesuai (seharusnya konstan) pada daerah transisi beban terpusat & pertemuan dengan balok sekunder. ini keadaannya sama dengan versi terdahulu yg sudah pernah sya bandingkan pada postingan sebelumnya. perlu penghalusan mesh daerah transisi tersebut aga didapat hasil yang mendekati.

perlu perbandingan dengan software umum general purpose seperti SAP2000/MASTAN2. lainnya penerapan sambungan semi-rigid dengan model pegas rotasi (linear&non-linear) atau dengan koefisien kekakuan (linear).

.

Read More