solver FE software A,B,C atau D untuk analisa kolom portal orde-dua

penggunaan software atau program analisa struktur rangka (frame) untuk kolom dengan jenis orde-dua saat ini merupakan kebutuhan yg cukup penting (crucial) namun sya lihat masih banyak juga yg belum mempunyai feature tersebut. berikut dibandingkan  contoh sederhana pada kolom tunggal. kondisi batas yg diterapkan tumpuan sendi pada bagian bawah, sedangkan bagian atas hanya tertahan translasi lateral. beban terpusat normal & momen dikerjakan pada ujung atas kolom. 

.

.

adapun solver FE yg dibandingkan berikut adalah software komersil SAP2000 dengan software research atau opensource yaitu MASTAN2, OpenSEES, OOFEM dan Frame3DD. secara menyeluruh hasil berbagai program menunjukkan sama atau identik, walau ada beberapa yg berbeda satu sama alinnya. menurut rujukan pustaka, dari hasil perbandingan berbagai solver FE menunjukkan pada kasus Frame 5 untuk program SAP2000 (V6.13) dan kasus Frame 4 untuk program ROBOT Millenium tidak dapat menyelesaikan masalah dengan kondisi tersebut namun solver OpenSEES dan OOFEM tetap dapat menyelesaikan dan menunjukkan hasil yg mendekati. pada masalah dengan variasi penampang dan jumlah lantai yg banyak seperti kasus Frame 6 solver OpenSEES juga menunjukkan hasil yg identik mendekati selain itu solver beberja cukup cepat menyelesaikan masalah tsb.

hasil keluaran solver program SAP2000 (developed by Edward L. Wilson from University of California at Berkeley)

.

.

.

.

hasil keluaran solver program MASTAN2 (developed by Ronald D. Ziemian from Bucknell University and William McGuire from Cornell University)

.

.

.

.

hasil keluaran solver program OOFEM (developed by Bořek Patzák at Czech Technical University in Prague)

.

.

.

.

.

.

hasil keluaran solver program OpenSEES (developed by Frank McKenna etal from University of California at Berkeley)

catatan:

namun untuk solver program Frame3DD analisa orde-dua sya belum berhasil, menunjukan pesan beban terlalu besar terjadi deformasi besar. hanya hasil keluaran analisa tanpa kekakuan geometri saja yg sya tampilkan.

.

.

.

. 

hasil keluaran solver program Frame3DD (developed by Henri P. Gavin from Duke University)

.

.

berikut update hasil saat beban lateral tengah bentang ditingkatkan sebesar 50%

.

.

dari hasil keluaran beberapa solver menunjukan cukup sama atau identik hasilnya pada momen kolom orde-dua, berbeda halnya dengan hasil keluaran gaya geser. hasil keluaran gaya geser OpenSEES identik dgn SAP2000 sedangkan hasil OOFEM identik dengan MASTAN2. sebagai catatan ada sedikit perbedaan penggunaan yaitu pada software MASTAN2 karena pengaruh kekakuan dan gaya warping diperhitungkan.

**updates

berikut hasil perbandingan pada beberapa contoh lain yg penulis ambil dari pustaka A. M. Schimizze (2001) dan merupakan rujukan skripsi sya dulu. dalam pustaka digunakan beberapa software komersil yg ada saat itu, kali ini penulis membandingkan dengan software opensource OOFEM dan OpenSEES. sebagai catatan model sya menggunakan karakteristik penampang dengan mengabaikan sudut takikan. meshing atau pembagian elemen frame juga dilakukan untuk mencakup pengaruh p-delta lokal (members). pada kondisi kolom yg diterapkan end-release model OpenSEES tidak mempunyai feature tersebut, sehingga perlu pemodelan lain yaitu penggunaan general contraint untuk release dan biasanya Link element untuk semi-rigid connection dengan adanya tambahan duplikasi node koordinat yg sama.

Frame 1

.

.

.

.

.

Frame 2

.

.

.

.

.

.

.Frame 3

.

.

.

.

.

.

Frame 4 (model OpenSEES mengabaikan kombinasi beban arah lokal & global)

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Frame 5

.

.

.

.

.

.

Frame 6

.

.

.

.

.

.

(number of nodes: 379)

.

.

.

.

.

.

Frame 7

.

.

.

.

.

.

Frame 8

.

.

.

.

.

.

pada analisa P-Delta tidak dapat dilakukan kombinasi beban dgn penjumlahan hasil seperti biasa dikarenakan jenis analisa nonlinear geometri, perlu dilakukan penjumlahan awal untuk kombinasi bebannya terlebih dahulu kemudian diterapkan pada model. Program SAP2000 versi terbaru memepunyai featur konversi untuk masalah tersebut.

penggunaan software advanced diperlukan untuk lebih dalam mempelajari dan mengetahui perilaku struktur baja keseluruhan sistem. disarankan software dari kelompok research seperti OpenSEES dan MASTAN2 untuk kemudahan akses. sebelum kepada model yg kompleks seperti nonlinearitas material (penampang plastis), residual stress dan ketidak sempurnaan geometri/penampang dan nonlinearitas geometri (buckling & stability) sebaiknya melakukan perbandingan pada kasus sederhana terlebih dahulu. walau sudah cukup advanced solver FE tersebut tetap perlu mengetahui batasannya, seperti diabaikannya interaksi geser lentur, lokal buckling pada flanges dan webs, manual adjustment untuk member imperfections, dll merujuk pada dokumentasi masing-masing developer.

beberapa laporan penelitian juga menggunakan berbagai cara untuk tujuan praktis, seperti digunakannya reduksi nilai modulus elastisitas dan mutu leleh baja yg mana nilainya berikisar 80% s/d 90% aktualnya. hal tersebut untuk masalah residual stress, sedangkan untuk masalah lokal buckling tetap belum tercakup. cukup rumit, pernah sya lihat dan pelajari sekilas perlu perubahan formulasi element 1D beam tsb, pengaruh rasio tebal dgn lebar serta beban tekan yg bekerja melalui tahap incremental. sya pribadi lebih menyukai penggunaan element shell untuk tujuan akurasi, semua masalah dapat tercakup. bahkan kekakuan sambungan beserta kondisi kontak dapat dimodelkan walau akan cukup rumit dan lama pada tahap modeling.

**special thanks to Giovanni Rinaldin at Università di Trieste (Italy) for developed NFD the pre/post-processing Graphical Interfaces.

.

Read More