memahami perilaku kontak dengan bantuan FEA

 [draft]

masalah kontak banyak ditemui, terutama pada sambungan baja. pada banyak textbook, biasa diabaikan dan masalah disederhanakan dengan prinsip kesetimbangan mekanika. gaya gesek akibat friksi antara pelat yang terhubung juga diabaikan, karena yang dicari adalah gaya terbesar baut saja (upper bound), maka ini sudah mencukupi.

untuk desain pelat biasanya menggunakan metode elastis atau lainnya metode garis leleh. model yang sudah baku dan dapat dianalisa hanya pada jenis dan konfigurasinya tertentu, untuk diluar itu terkadang perlu ditest di laboratorium sebelum diaplikasikan dilapangan untuk memastikan kekuatannya terpenuhi. uji lab biasa ditempuh oleh konsultan besar dan intansi tertentu untuk project yang berskala besar, untuk skala kecil biasanya tidak ditempuh namun mengambil langkah konservatif (judgment by responsibility). Uji laboratorium mempunyai akurasi tinggi namun membutuhkan biaya besar, inipun belum dapat dikatakan tepat sesuai dilapangan karena keterbatasan penentuan kondisi batas (pembebanan&tumpuan)

Saat ini sudah banyak Program FEA yang advanced (contact,plasticity,large deform, damage, cyclic/dynamics) menjadikan solusi lebih rendah (bahkan murah dengan software opensource - it's me) dari segi biaya dan banyak engineer/researcher menempuhnya, bahkan banyak juga yang menganalisa secara full scale dgn komputer high end yg multi core.

sebelumnya saya menggunakan software yg hanya terbatas linear untuk solid element kontak ada namun ditentukan node by node, sehingga memodelkan kontak dengan pegas nonlinear yg hanya menerima tekan. ini sudah dapat digunakan jika yg dianalisa hanya single part namun tidak bisa untuk yang multiple part seperti pada umumnya ditemui dilapangan.

masalah kontak sudah dulu banyak dipelajari dan digunakan oleh bidang teknik mesin dan aeronatic, sehingga jika mencari referensi akan kebanyakan dari bidang tersebut bukannya dari penulis teknik sipil.

model yg pertama sya coba adalah cangkang silinder pendek yang menerima beban terpusat ditengah bentang namun beban tersebut dikerjakan pada pelat atasnya dengan jarak tertentu. jenis struktur silinder tipis dgn kontak terpusat, saya menerapkan nonlinear geometry.

Tegangan sumbu utama silinder (isometric view)

Tegangan bagian dalam silinder dibawah titik kontak

Tegangan bagian luar silinder dibawah titik kontak

berikut contoh lain masalah kontak yang eksentris antara dua balok kantilever, balok kecil yg atas menrima beban merat sedangkan yang bawah tidak ada beban.

defleksi balok arah x,y & z









Tegangan lentur, geser dan torsi balok,









Kontak part lug dengan pin, dimodelkan separuh (symetri bidang xy sehingga z=0) pin dipegang kedua sisinya lalu beban face elemen solid  diterapkan beban tarik merata.



















contoh lain sambungan pelat dengan baut dowel geser, pelat tarik mendatar dgn tumpuan bawahnya diterapkan roll.

deformasi,





tegangan elemen,









dan berikut model sama, namun friksi diterapkan sebesar 50%





terlihat ada penurunan pada daerah tegangan, akan lebih berpengaruh jika ada gaya sejajar poros angkur baut,

(...to be added) perbedaan dgn diterapkanya gaya pretension

yang lap splice joint masih di analisa,





model lain yg lebih sederhana memasukan interksi antar pelatnya,



















dibawah adalah analisa kontak pada tee stub yang mengalami gaya tarik keatas, model symetri bidang YZ & ZX

rencana isi catatannya (may need to be be splited):

simple model hertz contact, beam to beam, lug-pin

sambungan lap splice dan tee stub

sambungan gusset, shear tab dan endplate (ini next post aja dipisah)

pengaruh friksi, pre-tension dan plasticity

*gambar skematis geometri dan properties model

*estimasi dgn rough hand calculation

** modeler & solver with CalculiX, render result by ParaView