model perlemuan element frame dan shell atau solid

Tulisan ini melanjutkan sebelumnya, mengenai pemodelan FE sambungan antara element frame dan shell atau solid yag dihubungkan dengan rigid links.

Model SAP untuk Balok kantilever

Hasil analisa,

Defleksi vertikal ujung

Tegangan sumbu utama

Calculation Pads:

' Loads
Pz = 1000 kgf
' Dimension & properties
b = 20cm
h = 20cm
A=b*h= 400.00cm2
Ix = 1/12*b*h^3= 13333.33cm4
K=3/2= 1.50 n.d
Ec=253456.36kg/cm2
G=105606.82kg/cm2
' Section 1
Lx1=100cm
My1 = Pz * Lx1 = 100000.00kgf.cm
y1 = h/2= 10.00cm
y2 = h/4= 5.00cm
fx1 = My1 * y1 / Ix= 75.00kg/cm2
fx2 = My1 * y2 / Ix= 37.50kg/cm2
' FE
fx1s=Avg(80.45,76.92,77.56)= 78.31kg/cm2
fx2s=Avg(41.56,40.145,38.69)= 40.13kg/cm2
' Diff (%)
r1=(1-(fx1/fx1s))*100= 4.23
r2=(1-(fx2/fx2s))*100= 6.56
' Section 2
Lx2=200cm
My2 = Pz * Lx2= 200000.00kgf.cm
fx1 = My2 * y1 / Ix= 150.00kg/cm2
fx2 = My2 * y2 / Ix= 75.00kg/cm2
' FE
fx1s=Avg(151.59,145.74,146.53)= 147.95kg/cm2
fx2s=Avg(76.16,72.70,71.78)= 73.55kg/cm2
' Diff (%)
r1=(1-(fx1/fx1s))*100= -1.38
r2=(1-(fx2/fx2s))*100= -1.98
' Deflection
df=(Pz*Lx2^3)/(3*Ec*Ix)= 0.79cm
ds=(4*K*Ec*Ix)/(A*G*Lx2^2)= 0.01cm
dz=df+ds= 0.80cm
' reffs
dzr = 0.7905= 0.79cm
' Diff (%)
r1=(1-(dz/dzr))*100= -1.34

Beberapa model sederhana diatas ditempuh untuk verified hasil penerapan rigid links penghubung element frame dan element shell atau solid. Pada hubungan element frame dan shell shell biasa digunakan untuk study konsentarasi tegangan daerah titik pertemuan misal balok-kolom baja pengaruh haunched dan stiffener, leleh pada gusset plate pada rangka batang, dll. Pemodelan element shell hanya baik digunakan untuk perilaku lentur dan geser bidang, sedangkan perilaku yang kompleks yaitu torsi dan puntir beserta geometri tidak teratur perlu pengggunaan element solid.

full models

zoomed views

Diatas adalah tahap lanjut pemodelan hubungan element frame dan shell yng diterapkan pada kasus rangka batang guna mempelajari konsentrasi tegangan daerah gusset plate dan besarnya kekangan rotasi ujung batang dimana bisanya pada rangka batang titik buhul diasumsikan sendi. Dalam meredukdi jumlah nodes perlu pemodelan batang double siku hanya dimodelkan tunggal dengan merepkan kondisi simetri.

pandangan dari sisi muka

pembesaran gambar daerah titik buhul (1)

pandangan dari sisi belakang

pembesaran gambar daerah titik buhul (2)

distribusi tegangan leleh kriteria Von-Mises pada gusset plate

pembesaran gambar pada gusset plate

momen pada rangka batang

Pada kasus yang ditinjau saat ini, hasil analisa struktur dgn program bantu SAP menunjukkan adanya 5(lima) titik leleh pada gusset plate. Selain itu juga menunjukan adanya momen sekunder akibat kekangan rotasi titik buhul yang menggunakan sambungan las, dalam kasus ini besarnya adalah sekitar +10% dari tegangan utama/normal (axial), namun disi lain adanya penggunaan faktor panjang effektiff K=1.0 yang lebih besar dari susungguhnya akan memberikan angka aman lebih. Pemodelan diatas juga dapat menghitung faktor panjang efektif sesungguhnya berdasarkan beban kritis/tekuk sumbu utama (in-plane buckling) namun titik buhul yang satu lainnya perlu dimodelkan juga dgn element shell untuk merepresentasikan kekangan rotasi.

**update: meshing masih diterapkan manual, terlihat aspect ratio kurang baik. hasil cara auto quadrilateral terlihat lebih baik.