minimal kebutuhan mesh untuk sebuah baut dan las

.

.

baut dan las merupakan bagian yg penting dalam analisa sambungan baja, penggunaan mesh yg effektif akan menentukan keberhasilan proses analisa pada program FE. Hal tersebut dikarenakan jumlahnya yg akan sangat banyak, jika dilakukan analisa yg lebih detail dan menyeluruh dapat cukup dengan mesh dengan intensitas rendah atau kasar. Akan ada pilihan penggunaan jenis elemen yaitu linear dan quadratic, linear tetrahedral diketahui tidak dapat digunakan karena tidak akurat namun jenis linear hexahedral masih dapat digunakan karena tersedia pilihan imcompatible modes untuk perbaikannya.

.

.

.

karena dalam analisa FE akan memperhitungkan terjadinya kontak tumpu dengan lubang pelat maka untuk seperempat lingkaran ditetapkan sebanyak empat bagian elemen. Pada baut dengan diameter 20mm maka panjang satu tepian tersebut berkisar 4mm kurang. Mengenai arah memanjang banyak menganjurkan rasio elemen sebaiknya antara satu sampai tiga. Akan dicoba juga contoh uji sederhana dengan beban defleksi lateral kondisi tumpuan jepeit kedua ujung. Kriteria ygdipakai adalah nilai hasil maksimal tegangan leleh Von Mises terkait kegagalah baut akibat kombinasi gaya tarik, geser dan lentur (terkekang)

.

.

.

.

.

.

.

.

dari berbagi pendekatan  meshing menggunakan garis bantu partisi, terlihat yg terakhir cukup baik karena bentuk hexahedral mengikuti lingkaran pada tepian walau masih ada empat elemen pengisi yg agak distorsi bentuknya namun berada di dalam dengan tegangan lentur akibat kontak yg biasanya rendah. Meshing jenis minimal berikut dapat dicapai dengan mesher Gmsh ditentukan maksimum sama dengan radius, minimum adalah separuhnya diterapkan pada bagian Shank dan End. Bagian Nut nilainya dua kali angka tersebut.

.

.

.

.

berikut contoh uji sederhana kasus geser dan lentur tanpa gaya aksial, terlihat hasilnya pada bagian  badan baut (bolt shank) dapat selisih sampai 30% dibandingkan jenis elemen quadratic hexahedral (C3D20R), tingkat kesalahan atau kekurangan penggunaan elemen linear hexahedral (C3D8) ini akan tereduksi jika menggunakan contious mesh titik node menyatu bukan jenis Tie Constraint, kekangan tidak berlebih serta penggunaan nonlinear material memperhitungkan plastisitas.

.

.

.

.

.

elemen quadratic hexahedral (C3D20R) diketahui lebih akurat, dicoba dengan mesh yg lebih kasar dengan cara setting min/max dua kalinya. Hasilnya menunjukkan masih lebih akurat dibanding jenis linear incompatible (C3D8I), namun ini perlu tinjauan lanjut mengenai jumah persamaan yg diselesaikan dan juga pada masalah kontak.

.

.

.

.

sebearnya sya pribadi jarang menggunakan pada penerapan praktis dilapangan, namun khusus untuk baut prategang tulisan perlu buat terpisah karena ada beberapa metode. Perlu mempelajari lebih lanjut mengenai kelebihan dan kekurangan setiap metode g digunakan pada model, seperti pretension section, initial contion type stress, tightening atau translator connector.

.

.

.

.

.

Pada meshing komponen las tidak akan banyak pilihan karena bentukya yg terbatas hubungannya dengan jumlah tepian. Sebaiknya dibuat lebih rapat pada notch bagian kaki(toes) las tersebut, namun ini juga kelihatannya agak sulit perlu menentukan local mesh refinement yg artinya akan membuat pekerjaan lebih banyak dan lama. Perlu juga dicoba uji pada kasus sederhana  seperti T-stubs sebagai perbandingan, baik itu analisa elastis linear ataupun meninjau plastisitas material.

.

.

.

.

.

Kelihatannya lebih tepat menggunakan metode partisi lima bidang pembentuk solid body serta penggunanan metode transfinite/structured atau hexahedron (i,j,k). Bagian las yg berbentuk rumit dan melengkung seperti pertemuan pipa memungkinkan untuk mudah dicapai. Kekurangannya adalah terdapat elemen prism atau wedge yg mana untuk jenis linear kurang baik dan juga hasil uniform arah memanjang menjadi teralu rapat, namun hal ini juga dapat tidak terlalu masalah karena sifatnya sebagai pengisi atau pelengkap di salah satu sudut yg ditempatkan pada area pemisah (gap) pertemuan dua buah pelat atau profil baja.

.

.

.

.

dilakukan uji sederhana (elastik linear) seperti dibawah, hubungan antar permukaan dengan Tie Constraint sedangkan pada muka antar pelat tidak ada (gap)

.

.

.

model (A) menggunakan jenis linear elemen (C3D8I, C3D6) untuk kesuluruhan komponen

.

.

model (B) menggunakan jenis quadratic elemen (C3D20R, C3D15) untuk kesuluruhan komponen

.

model (C) menggunakan jenis quadratic elemen (C3D20R, C3D15) hanya pada komponen las

,

.

model (D)  sama dengan model (C) perbedaan pada mesh lebih kasar untuk komponen las

.

model las diatas kelihatannya terlalu rapat pada pembagian arah memanjang lajur las, ini disebabkan metode tranfinite dengan mesher Gmsh (PrePoMax) secara default menggunakan nilai uniform dengan rasio mendekati satu banding satu. Pembuatan kasar (coarsening) arah pembagi tersebut dapat dilakukan pada tepian yg dipilih, sebagai contoh seperti dibawah.

.

.

.

.

.

.

.

.

Read More

penggunaan spreadsheet untuk laporan perhitungan

keberadaan program spreadsheet seperti Lotus dan Excel sudah ada terlebih dahulu dan banyak digunakan untuk perhitungan olah data statistik berbasis tabel. Keunikan dari cell yg dapat berfungsi sebagai data masukan dan rumusan untuk menampilkan hasil secara langsung dan interaktif menjadikan banyak juga engineer yg menggunakan perangkat tersebut di masa awal. Baik juga sebagai pengantar pemrograman untuk pemula karena cukup mudah, pencabangan dan iterasi (goal seek) dan juga scripting  disediakan. Selain kelebihan terebut plot grafik data lebih mudah dan beragam, sya diawal mengenal komputer untuk perhitungan analisa dan desain struktural juga menggunakannya. Sifatnya yg sebagai perangkat perkantoran umum menjadikan banyak pengembang (developer) membuat perangkat sejenis spreadsheet tersebut, dari yg komersil ataupun free/opensource pastinya saat ini akan banyak sekali dan hampir tak terhitung dan mungkin cukup asing. 

.

(source : SSS Alan Conroy, 2007)

.

Kelebihan lain adalah pseudo-code dalam programming yg cukup berguna jika dikombinasikan dengan fungsi drag, manupulasi dan kombinasi data text dan numeric dapat dilakukan dengan mudah. Misal mengkonversi model analisa atau mesh format Gmsh menjadikan format SAP2000, membuat parametric drawing CAD dua dan tiga dimensi, dll. Belakangan pengembang Microsoft melakukan hal yg sangat berbeda, yaitu  menanamkan feature pada cell untuk scripting Python sehingga library yg kaya dari dristribusi Anaconda dapat digunakan. Selain itu cell protection sangat berguna untuk menghindari ketidak sengajaan perubahan oleh sendiri atau yg lain, pengguna hanya dibatasi mengakses pada cell yg tidak terkunci.

.

(source: Stefan Kinnestrand, 2023)

.

Namun dengan adanya pilihan lain seperti Matlab, Maple atau Mathcad maka jenis perangkat Spreadsheet kurang diminati karena deteksi kesalahan perhitungan akibat variabel masukan dan tampilan rumus serta unit akan kesulitan. Tulisan ini ditunjukan kepada yg masih menggunakan dan sya memberikan sedikit catatan dalam menghindari kesalahan tersebut, serta kelebihan yg tidak atau  belum dimiliki sofware khusus perhitungan tersebut. Bagi pengguna yg bekerja pada sitem operasi Linux tersedia banyak pilihan diantaranya, OpenOffice/LibreOffice (Calc), Calligra Suite (Sheets), OnlyOffice (Spreadsheet), Gnumeric, SIAG Office (Grid), WPS Office (Spreadsheet), SoftOffice/FreeOffice (PlanMaker), dll. Sya pribadi adalah pengguna lama OpenOffice, namun belakangan ini juga tertarik juga dengan OnlyOffice jadi perangkat opensource tersebut yg akan digunakan.

.

.

dibawah adalah contoh sederhana, yg utama mengenai penaman default cell pada kolom depan  (G) menjadikan sesuai yg dapat dikenali sehingga akan lebih mudah dalam pengelolaan worksheet dan juga deteksi masalah. Pada kolom sebelahnya (G) diberikan juga fungsi pembacaan rumusan [=FORMULA(...)] agar dapat dilihat langsung, cukup disembunyikan saat printing. Kolom diantaranya dapat diberikan tampilan rumus yg lebih umum secara matematis, sifatnya pelengkap saja dapat tidak diberikan atau ditinggalkan dulu jika dipandang membuat pekerjaan perhitungan lebih lama. 

.

.

penamaan variable cukup dengan melakukan penimpaan Name Box pada cell aktif, dapat diakses dan menujunya menggunakan drop down.

.

.

perhitungan laporan biasanya banyak menggunakan subscript pada variabel, untuk membuatnya dengan cara cepat dapat dengan cara pilihan pada menu klik kanan setelah dipilih sebelumnya.

.

.

Penentuan format angka untuk bilangan integer dan float diperlukann untuk tujuan kejelasan. Penentuan cara cepat adalah dengan klik kanan cell aktif lalu pilih Format Cells

.

.

Penggunaan Data Validity dengan list juga berguna untuk membatasi input data masukan oleh pengguna, misal dalam contoh diatas adalah diameter tulangan.

.

.

kendala satuan atau unit juga diberikan dengan fungsi [=CONVERT_ADD(...)] namun perlu ditentukan sebelumnya target satuan yg diinginkan. Contoh diatas satuan luasan dikonversi terlebih dahulu untuk menghasilkan perhitungan berat dalam satuan kilogram. Banyak satuan sudah didukung namun kelihatannya belum lengkap dan perlu menambahkan atau menyesuaikan untuk satuan lainnya.

.

.

.

.

penggunaan fungsi perintah diatas untuk satuan (unit) secara langsung akan mempunyai sifat statis, jika satuan diharapkan dinamis dapat diganti secara bebas terbatas maka perlu cell pointer seperti dibawah. Satuan pada kolom (C) dan (E) dapat diganti dengan menimpanya atau menentukan drop-down list menggunakan Data Validity. Pilihan lain untuk penulisan satuan seperti luasan atau volume dapat menggunakan tanda pangkat contoh: cm^2, m^3,  dll

.

.

untuk satuan lain yg belum didukung dapat menggunakan feature program Calculator bawaan Windows 7 dengan mode kerja pilihan Scientific dan Unit conversion diaktifkan pada menu View. Program lain mengenai konversi satuan yg lebih advanced seperti ConvertAll juga dapat digunakan.

.

.

pemberian komentar jika terdapat asumsi sebuah nilai variabel yg sifatnya tetap atau umum, misal: percepatan gravitasi, berat jenis material baja atau beton, nilai modulus elastisitas baja, dll. Hal tersebut ditujukan untuk kemudahan pengingat sendiri atau saat digunakan oleh yg lain. Komentar tersebut akan tampil saat sejenak cursor berada pada cell rujukan, ada tanda dot kecil berwarna oranye juga disudut kanan atas dan ini dapat ditampilkan permanen dengan pilihan pada klik kanan.

.

.

penggunaan Conditional Formating untuk hasil perhitungan apakah sudah memenuhi syarat atau belum,  perlu dibuat style & format cell terlebih dahulu untuk tampilan hasil. Setelah dibuat kemudian tetapkankriteria pada cell yg sudah dipilih.

.

.

.

.

pencabangan perhitungan sering banyak ditemui, perlu dibuat keseluruhan namun hasil keluaran saat mencetak akan tampil juga. Penggunaan fungsi Group and Outline pada menu Data mempermudah untuk disembunyikan atau ditampilkan kembali berdasarkan kriteria secara manual. Terlihat penyembunyian group dari baris dapat diterapkan pada sub-group juga.

.

.

.

mengenai dukungan fungsi rumus sudah banyak, diantaranya untuk fungsi: matematika, statistik, array(matrix), satuan (unit), manipulasi text, programming (logical) dll

.

.

.

.

.

.

.

.

.

mengenai gambar skematis hasil perhitungan atau data masukan perlu dibuat skalatis atau proportional, untuk itu diperlukan faktor skala terhadap lebar dan tinggi. Agar tidak keluar batas (fit to scale) maka diperlukan penentuan sebesar 60% area chart. Titik acuan origin juga dapat ditentukan misal untuk titik pusat berat penampang. Dapat saja dipilih automatic namun penentuan ukuran chart areas yg bersifat tetap akan menjadikan gambar mengalami distorsi dan tidak proposional. 

.

.

.

beberapa tilisan artikel terkait yg pernah saya buat di waktu sebelumnya

• Suatu Tips (mungkin) penggunaan OpenOffice.org -- link
• Penggunaan BASIC -- link
• Interpolasi Linear -- link
• Interpolasi data x-y tidak beraturan -- link
• Penggunaan Goal Seek -- link
• BASIC – Penggunaan Perintah (If...Then...Else) -- link
• Pendekatan luas bidang dari suatu fungsi kurva -- link
• VisiCalc, bagian awal dari sejarah software SpreadSheet -- link
• Mengekstrak data dari tabel -- link
• OpenOffice.org 3 sdh release :) -- link
• Lembar Perhitungan Otomatis menggunakan OpenOffice.org WRITER -- link
• Menampilkan hasil analisa balok sederhana secara visual -- link

.

*updates

untuk pengguna yg cukup banyak mengandalkan spreadsheet dalam perhitungan maka sebaiknya menggunakan LibreOffice karena banyak fitur yg lebih lengkap seperti dibawah. Sebagai catatan lain menu Help disediakan terpisah dan perlu download lain dan install kemudian. Tampilan dan perilaku antarmuka juga dapat dibuat mirip dengan OpenOffice seperti Sidebar yg biasa sya gunakan dari sebelumnya yaitu pada IBM Lotus Symphony. Sayangnya project dari IBM tersebut tidak berlanjut, padahal design interface cukup bagus dan sederhana dan saya dulu menunggu dukungan untuk Math dan Draw.

.

.

.

.

Variable yg telah diberi nama dapat ditentukan pada lingkup global keseluruhan atau lokal (sheet) yg termasuk didalamnya saja.

.

.

mengenai tambahan keterangan rumus dapat memanfaatkan fungsi replace, kemudian lakukan copy/paste pada Math Editor. Bahasa atau syntax cukup mirip sehingga hanya diperlukan sedikit editing menyesuaikan tanpa perlu mengetik ulang. Lajur kolom (H) tersebut dapat dihapus kemudian jika sudah selesai dibuat semua tampilan matematis. 

.

.

Read More

kondisi tumpuan ideal pada analisa dengan element solid

 .

.

kondisi ideal biasanya agak sulit diterapkan secara langsung pada bidang permukaan element solid, namun dengan adanya feature rigid body akan dapat mempermudah. Kekangan translasi dan rotasi diterapkan pada master nodes sehingga slave nodes akan mengikuti berdasarkan kompatibilitas acuan node tersebut. Walau demikian penggunaan feature tersebut tetap dapat memberikan kekangan berlebih untuk komponen yg sngat pendek (stocky), untuk itu masih juga diberikan feature lain yaitu coupling constraint.

.

.

berikut kondisi (d) yaitu tumpuan kedua ujung adalah sendi, nilai K=1.0 dan rasio kelangsingan adalah ~200, terlihat hasilnya sudah cukup mendekati dengan perhitungan tangan.

.

.

.

.

perhitungan tekuk Euler diatas hanya berlaku untuk kolom panjang dengan asumsi terjadinya tekuk pada arah subu lemah dan sumbu kuat, sedangkan FEA dengan elemen solid dan analisa eigenbuckling dapat juga memperhitungkan tekuk lokal dan juga kondisi kolom pendek. Jenis analisa tersebut walau sudah lebih baik namun masih mempunyai keterbatasan yaitu asumsi bahan masih elastis. Analisa tekuk nonlinear dengan memperhitungkan plastisitas material beserta deformasi besar diketahui dapat jauh lebih baik dalam memprediksi, ketepatan terlihat lebih ditentukan oleh modelisasi ketidak sempurnaan geometri dan tegangan residu awal.

.

kondisi (a) jepit-jepit, Nilai K=0.5, hasil Pcr=188.0kN

.

kondisi (b) jepit-sendi, Nilai K=0.7, hasil Pcr=134.31kN

.

kondisi (c) jepit-bebas, Nilai K=1.0, hasil Pcr=94.02kN

.

kondisi (e) jepit-bebas, Nilai K=2.0, hasil Pcr=47.01kN

.

kondisi (f) sendi-bebas, Nilai K=2.0, hasil Pcr=47.01kN

.

terlihat hasil analisa pada model dengan nilai kelangsingan kolom K tidaksama dengan 1.0 maka akan menunjukkan perbedaan, perlu perubahan panjang kolom pada model FE untuk kesesuaian agar termasuk kategori kolom langsing.

Read More