Jumat, 03 Februari 2023

rujukan klasik analisa kekuatan struktur dan stabilitas

penggunaan metode elemen hingga linear dan nonlinear program bantu komputer saat ini sudah menjadi kebutuhan dalam perencanaan struktural, pengguna diharuskan melakukan verifikasi model yg dibuat secara mandiri. sebelum melangkah lebih lanjut pada analisa nonlinear yang kompleks direkomendasikan menerapkan pada contoh sederhana terlebih dahulu yg sudah diketahui jawabannya secara analitis eksak atau pendekatan empiris hasil eksperiment. pembuat solver FE juga merekomendasikan untuk mengeluarkan terlebih dahulu feature nonlinear dan jenis penerapan beban seperti

  • analisa jenis beban statis buka beban dinamis atau siklis
  • penggunan bahan elastis linear terlebih dahulu
  • kontak pinalti diganti terikat ideal (tied)
  • penonaktifkan analisa deformasi besar

jarang buku yg lengkap yg mencakup semua jenis struktural (rangka batang, balok, kolom, cangkang, pengaku, komponen, dll) beberapa departemen penting membuat buku panduan atau catatan teknis yg merupakan rangkuman rumusan dari berbagai sumber seperti jurnal, laporan dan buku cetak rujukan.

.


.

beberapa departemen tersebut seperti National Aeronautics and Space Administration (NASA), U.S. Department of Commerce (USDC) dan National Advisory Commitee for Aeronautical (NACA) menerbitkan rujukan klasik analisa kekuatan struktur dan stabilitas sebagai berikut yang dapat digunakan untuk keperluan verifikasi atau pre-estimasi hasil perbandingan program elemen hingga:


sebagai tambahan buku rujukan ajar yg dapat diakses secara bebab diantaranya adalah sebagai berikut:

Selasa, 04 Oktober 2022

pola distribusi tekanan angin bantuan CFD

.


.


.


pada gedung dengan bentuk sederhana, peraturan pembebanan angin telah cukup jelas menunjukan koefisien tekanan angin ataupun hisap. namun terkadang didapat bentuk bangunan yg tidak sederhana seperti contoh diatas, untuk mengetahui pola distribusi tekanan angin tersebut saat ini dapat dengan cukup mudah dan waktu yg cepat menggunakan program bantu Computational Fluid Dynamic (CFD) seperti OpenFOAM.

(source : Jeong & Choi, 2008)

.

.

.

.

.

berikut saat ditinjau angin dari arah tegak lurusnya, model diputar 90 derajat.

.

.

.

.

berikut hasil keluaran untuk tinjauan arah angin model dengan diputar sebesar 45 derajat,
.
.

.


.
.



.


adapun data yg dibutuhkan hanya kecepatan angin pada titik referensi ketinggian 1.0 meter, yg biasanya diambil sekitar 10m/det ~ 20m/det. hal tersebut dapat dikalibrasi terlebih dahulu pada bentuk sederhana perbandingannya dengan hasil koefisien angin mengikuti rujukan peraturan pembebanan. hasil keluaran berupa distribusi tekanan dalam satuan Pascal ( 1000Pa ~ 100kgf/m2) dapat bertanda positif (tekan, pressure) atau negatif (hisap, suction) dan juga arah pergerakan dan kecepatan angin sekeliling bangunan.

berikut contoh lain gedung tidak beraturan, dimensi tunnel CFD adalah 160x60x60m dengen kecepatan angin pada titik referensi sebesar 15m/s ditinjau dari berbagai arah sumbu utama bangunan.



.
.

.

.

.

.

.

.


.

kelebihan penggunaan program bantu CFD adalah mengetahui pola distribusi tekanan angin, arah vektor kecepatan dan mempelajari pengaruh akibat adanya gedung sekitar terdekatnya. juga dapat membuat banyak kondisi pembebanan berbagai tinjauan arah angin sudut tertentu.  jika mengikuti koefisen angin peraturan pembebanan maka hanya ditinjau 2 arah untuk sumbu utama gedung simetris sederhana namun dengan CFD akan  menjadikan setidaknya 8 arah tinjaun untuk gedung dengan bentuk sangat tidak beraturan. sehingga tentunya akan memberikan performance lebih karena sudah meninjau angin dari berbagai arah.

cukup praktis dan dapat mewakilkan uji fisik seperti Wind Tunnel walaupun tingkatan akurasi nilainya tidak sama persis namun secara pola cukup mendekati. selain itu uji fisik juga perlu biaya mahal dan masih mengandung kesalahan saat diterapkan dgn kondisi aktualnya adalah struktur lentur dan ringan seperti konstruksi baja, hal ini karena mengabaikannya pengaruh kekakuan struktur (fluid-structure interactions) walaupun pada keadaan umum adalah konservatif (aman).


*notes

meshing yg sya gunakan belum menentukan penghalusan, disini sya hanya merupakan permulaan saja.

  • Solver Filters (OpenFOAM)
  • Time : Steady State
  • Flow : Incompressible
  • Solver : SIMPLE
  • Turbulence Modeling : RANS, Realizable k-e
  • P-Type : Zero Gradient
  • U-Type : Atmospheric Inlet, U-Ref 20m/s, Z-Ref 1.0m
  • Number of Iterations : 500

.


.

yang perlu diperhatikan adalah grafik konvergensi solver pada residual pressure (p) perlu tambahan jumlah iterasi dan mungkin penghalusan mesh jika nilainnya dibawah 1e-4


berikut contoh kalibrasi dari model sederhana perbandingannya dengan peraturan pembebanan PPIUG-1983, dimensi tunnel CFD adalah 48x120x48m secara coba-coba didapat kecepatan angin titik rujukan pada inlet sebesar ~12.5m/s nilai tersebut lebih kecil dari kecepatan rencana sebesar 20m/s disebabkan dari dimensi tunnel yg digunakan, semakin besar dan jauh jaraknya dengan kondisi batas dimensi tersebut nilainya akan mendekati kecepatan rencana.


.


.


.


.

pola dan besarnya nilai tekanan angin atau hisapan sudah cukup mendekati dengan peraturan pembebanan, terkecuali pada sisi tegak lurus arah angin yg kemungkinan besar disebabkan penyederhanaan dari peraturan pembebanan dengan asumsi merata sedangkan analisa CFD memperhitungkan turbulensi. modifikasi model gedung dengan adanya bukaan sebagian, canopy, silos atau gedung bertingkat dibelakangnya dapat ditambahkan untuk kemudian running ulang dan mengetahui distribusi dan besaran nilai tekanan angin berdasarkan CFD.

.



.

.


.

contoh lain sebagai berikut, dimensi tunnel CFD adalah 120x48x36m. secara coba-coba didapat kecepatan angin pada titik referensi sebesar 12.5m/s terlihat secara menyeluruh hasilnya mendekati namun ada perbedaan pada asumsi beban merata peraturan pembebanan sedangkan hasil CFD menunjukan distribusi yg tidak merata, juga adanya gaya hisap angin pada sisi ketebalan dinding bagian atas dan samping.

.

.

.

.

.

juga diberikan contoh perbandingan lain berikut, dengan dimensi tunnel CFD sebesar 120x48x36m secara coba-coba didapat kecepatan angin titik rujukan sebesar 12.5m/s

.


.


.

.


.


.


.

.


.

.



.

dapat juga dilakukan perbandingan dengan atap bangunan terbuka, namun terlihat hasilnya agak cukup berbeda. secara coba-coba, kecapatan angin titik tujukan juga lebih besar dua kali lipat dari sebelumnya, karena adanya kondisi tekan dan hisap pada permukaan yg sama. selain itu residual pressure (p) masih cukup besar yg kemungkinan karena adanya turbulensi. 

.


.


.

.



.

Langganan: Postingan (Atom)