Rabu, 27 Juli 2022

toleransi jarak pemisah antar pelat sambungan las

pada beberapa tulisan sya sebelumnya diketahui pemodelan las yg terbaik adalah mesh continuous dibandingkan dengan Tie constraint atau Tied contact, namun ada kekurangan yaitu saat dilakukan operasi boolean merge komponen tersebut memerlukan sedikit jarak antar pelat agar ada gap pemisah. pemodelan geometry CAD dengan simulasi numerik elemen solid CAE tidak sepenuhnya sama persis dengan aktual, diperlukan beberapa penyederhaan atau simplifikasi. misal pada pada baut drat dan bentuk hexagon diabaikan. disederhanakan menjadi bulat saja,belum lagi jenis iNcluded atau eXcluded threaded hal tersebut bertujuan untuk memenuhi kebutuhan dan batasan mesher dan solver serta resource komputer hubunganannya dgn waktu penyelesaian masalah.

untuk komponen las juga diabaikan perlemahan profil akibat pengaruh panas (Heat Affected Zone) walau ini sebenarnya masih memungkinkan dimodelkan dengan dibuat pemisahanan atau partisi. dari berbagai model yg sya coba, terlihat toleransi jarak antar profil sebesar 0.1mm (0.003937007874016in) sudah mencukupi tanpa menimbulkan kendala pada mesher & solver.

nilai tersebut mungkin cukup dapat diterima, mengingat untuk panjang lengan las 10mm maka kesalahan geometri hanya 1%.

atau dapat juga dicoba dengan toleransi sebesar 0.05mm (0.001968503937008in) jika diperlukan, seperti yg ditunjukan hasil diatas. terlihat tegangan kroteria leleh von Mises meningkat, namun ini akan terdistribusi saat diterapkan material nonlinear plastisitas. seperti ditunjukan hasil berikut, beban tarik keatas diterapkan sebesar 50% leleh penampang pelat.

(jarak pemisah 0.05mm)

( material plastis komponen las)

(jarak pemisah 0.1mm)

dari model diatas dengan jarak yg sangat kecil menunjukan juga penggunaan sistem satuan metric (SI) 'mm units' lebih mudah daripada satuan 'inch units' panjang tanpa melibatkan input angka dibelakang koma yg banyak.

gaya internal penampang pada model elemen solid

solver FE CalculiX mempunyai feature menampilkan gaya internal elemen balok (beam) secara langsung untuk tiap nodal penghubung dengan perintah Secton Forces. sedangkan untuk model dengan elemen solid juga dapat ditampilkan gaya internal penampang dari permukaan bidang yg ditentukan dengan perintah Section Print. berikut diberikan contoh sederhana model balok kantilver penampang Tee terbalik dengan beban terpusat, meshing element solid jenis tetrahedral quadratic.

Definisi permukaan penampang adalah pada setengah bentang (S-1) dan tumpuan (S-2).

terlihat hasil keluaran agak sedikit berbeda karena proses integrasi numerik pengaruhnya dgn kehalusan mesh, juga adanya suatu nilai untuk gaya normal dan torsi yg terjadi namun kecil dan dapat diabaikan.

kegunaan feature perintah atau keywords dari Section Print diantaranya adalah untuk mengetahui distribusi gaya internal penampang pada titik sepanjang bentang pada kondisi plastis, atau pengaruh model kekakuan sambungan baja yg semi-rigid. dengan sebelumnya membagi split atau partition model balok tersebut.

prediksi lentur balok beton bertulang

pada beberapa tulisan sya sebelumnya telah membahas prediksi kuat geser dari berbagai kondisi,

tulisaan ini mengkaji ulang untuk tinjauan perilaku lentur hasil program analisa penampang beton bertulang dari University of Toronto (Bentz, 2000) terhadap hasil penelitian dan tulisan dari Institut Teknologi Sepuluh Nopember (Tambusay & Suprobo, 2019) yg menggunakan program ATENA.

(Source: Tambusay & Suprobo, 2019)

berikut kajian ulang yg sya buat sebagai perbandingan, parameter material beton dan baja dibuat kesebandingan. sebagian data keluaran program ditampilkan juga.

terlihat hasil program berdasarkan metode Modified Compression Field Theory (Bentz, 2000) cukup baik prediksi kekuatan pendekatannya dengan simulasi FE nonlinear. kapasitas ultimit menunjukan cukup sedikit selisihnya, perbedaan lainnya pada bagian tekan sisi atas kondisi hancur (crushing) saja yg tidak terdeteksi oleh program ini. sedangkan untuk perbandingan dengan hasil uji fisik labs menunjukan dibawahnya (under estimated, safe) ditampilkan dengan tabel rasio berikut,

**need to be added,

3D nonlinear FE solver CalculiX

menyatukan komponen FE dengan berbagai metode

sya pernah membuat tulisan sejenis sebelumnya, saat itu menggunakan metode constraint untuk menghubungkan beberapa komponen. namun setelah dibandingkan dengan model mesh yang menerus dan menyatu menunjukan hasil metode constraint jenis tie sangat sensitif terhadap tingkatan kehalusan mesh antar pertemuannya, bahkan saat dilakukan penukaran (swap) antara permukaan master dan slave menunjukkan hasil yg cukup berbeda jauh.

ditinjau model diatas, dimensi pelat tegak adala 75x50x10mm dan dilakukan pergeseran sebesar 1mm untuk kondsi gap. material baja struktural elastis linear, beban terpusat tarik keatas diterapkan sebesar 25kN. tumpuan sisi kiri adalah sendi sedangkan sisi kanan adalah roll, pergerakan translasi arah sumbu-Y dan rotasi arah sumbu-Z dikekang. analisa deformasi besar diaktifkan (NLGEOM)

berikut hasil menggunakan pemodelan metode Tie Constraint,

dilakukan penukaraan (swap) definisi permukaan master dan slave,

menggunakan Contact jenis Tied, saat dilakukan penukaran (swap) sisi bagian master dan slave juga tidak menunjukkan hasil yg berbeda signifikan.

perbandingan dengan pemodelan ideal yaitu mesh yang menerus/menyatu (continuous). terlihat adanya perbedaan nilai titik tegangan maksimum kriteria leleh vonMises walau secara keseluruhan sebaranannya mendekati dengan metode Contact jenis Tied

berdasarkan tinjauan pada kasus sederhana diatas, metode penghubung atau penyatu beberapa komponen dengan metode pendekatan Contact jenis Tied menunjukan lebih baik dibanding Tie Constraint lebih mendekati hasil Continuous Mesh.

selain kelebihan diatas, pemodelan Contact jenis Tied dapat mensimulasikan kondisi lekatan sebagian (partially bonded), penuh atau tidak sama sekali. kondisi pemodelan tersebut ditentukan dari nilai spring stiffness dan stick slope (Hokkanen, 2014). hal ini memberikan kelebihan karena kondisi sliding dapat dimodelkan dan dianalisa secara cepat, lebih cepat juga dalam waktu penyelesaian solver untuk konvergensi. asumsi yg digunakan adalah tidak terpisahnya permukaan bidang kontak (no separation) hanya slip atau sliding saja yg ditinjau. dapat juga diterapkan pada pertemuan bidang yg lengkung seperti tampilan berikut.

**updates

namun pada saat ditinjau analisa dengan nonlinearitas material (plasticity) dgn asumsi kepemilikan material komponen las adalah sama, terlihat metode penghubung Tie Constraint dan Contact jenis Tied hampir sama atau identik pada hasil penyebaran regangan plastis dan nilai maksimumnya. tidak lebih baik dibandingkan dengan model meshing yg menerus. terlihat juga posisi nilai titik maksimum menunjukan lokasi yg beerbeda untuk kedua metode tersebut (constraint & contact) dengan sesungguhnya. hasil tampilan berikut dengan beban ditingkatkan dua kali lipat sebelumnya.

(Model: Continuous Mesh)

(Model: Contact-Tied)

(Model: Tie-Constraint)

kemungkinan besar mesh yg digunakan masih cukup kasar (coarser). berikut hasil kajian ulang dengan penghalusan meshing permukaan pertemuannya pada metode Contact jenis Tied dan Tie Constraint, terlihat sudah model Constraint lebih mendekati dengan hasil continuous mesh. walaupun demikian tetap pemodelan dengan continuous mesh dianjurkan karena lebih dapat menjamin kesatuannya dengan tingkatan mesh yg kasar menengah sekalipun.

(Model: Contact-Tied)

(Model: Tie-Constraint)

(Model: Continuous Mesh)

meninjau perbedaan kekuatan material bagian las, untuk jenis elektroda E70xx (Fy=57ksi) perlemahan profil daerah terpengaruh pekerjaan panas (Heat Affected Zone) tidak dimodelkan, hasilnya sebagai berikut. plot titik acuan monitoring hubungannya dengan besaran beban dan defleksi juga ditampilkan, terlihat sampai beban sebesar ~60% masih cukup linear. tinjauan kekuatan las berdasarkan batasan regangan plastis equivalen maksimum yang terjadi dapat digunakan langsung.hal tersebut untuk beban quasi-static, sedangkan untuk beban siklis terhadap kelelahan (fatigue) diperlukan perhitungan lanjut tambahan tinjauan tegangan sejarak tertentu dari kaki las, cara lain adaalah menerapkan beban siklis dan penggunaan material plastis jenis kinematic hardening pengaruh bauschinger effect atau model material advanced lainnya yg sebanding lebih baik dalam mewakilkan.