Analisa Struktur Solid dgn perubahan parameter

desain dan analisa struktur benda pejal/solid biasanya membutuhkan trial/error pada beberapa parameter untuk mendapatkan struktur yg memenuhi kekuatan dan efisiensi. parameter tersebut biasanya adalah geometri dan terkadang mutu material, lainnya dapat berupa kondisi tumpuan (jarang) sedangkan factor nilai beban adalah tetap (fixed). hal yg menjadi kriteria kekuatan adalah distribusi tegangan elastis/plastis dan stabilitas.



pada tulisan ini saya menggunakan program 3D modeling yaitu FreeCAD 0.16 dan solver FEM yaitu CalculiX 2.8. program 3D modeling yg digunakan mempunyai fasilitas geometry constraint, sehingga sudah dapat memenuhi untuk digunakan study parameter dari geometry yg akan dilakukan modifikasi.



diatas adalah tampilan program, fasilitas constraint yg disediakan cukup banyak metodenya. yg saya gunakan saat ini adalah vertical&horisontal line, diameter, radius, distance, symmetric, equal dan point connection. saat perlu dilakukan perubahan pengguna cukup memasukan data dengan cara double click dimension pada mode sketch.



hal pertama yg sya lakukan adalah membuat sketch 2D dari profil Wide Flanges kemudian melakukan extrude dengan "Pad a selected sketch" ketinggian tertentu. setelah itu pembuatan sketch lain pada bidang web hasil extrude tsb sebagai acuan lubang lingkaran dalam membuat circular castellated beams.



aktifkan modul FEM Workbench untuk melakukan analisa struktur solid, dalam hal ini penentuan meshing elemen hingga, material, kondisi tumpuan dan beban muka merata. ada yg sedikit berbeda dengan software FE biasanya, dalam hal ini penentuan kondisi batas (tumpuan dan beban) didasarkan dari permukaan object solid CAD bukan dari node hasil mesh sehingga akan mempermudah pengguna.



hasil meshing automatic tetrahedral, pastikan bahwa pilihan yg digunakan adalah element jenis quadratic (extra midside node) dengan click radio botton "Second order" mengenai kehalusan dapat dipilih jenis kasar (Coarse) untuk awal. tidak direkomendasikan menggunakan element tetrahedral linear karena sudah banyak menunjukan kurang akurat dan perlu mesh yg sangat halus untuk mencapai konvergensi.



setelah dilakukan meshing kemudian solving dgn CalculiX, pada menu tersebut terdapat tombol pembuatan input files dalam format CalculiX/ABAQUS, dapat dilakukan juga editing missal untuk penambahan jenis beban gravitasi akibat berat sendiri, penambahan jenis material nonlinear dengan keyword *PLASTIC atau penambahan request output yg diinginkan serta lainnya.



tekan tombol Run atau Re-run CalculiX dan tunggu beberapa saat sampai selesai dan aktifkan "Show result information of an analisys" dari icon toolbar.





post-processing FEM pada FreeCAD 0.16 masih belum lengkap (in development) seperti adanya legend for contour values, tegangan arah X,Y,Z dan  XY,XZ,YZ, cutting plane serta warna kontur yg terlalu dominan hijau (in my personal opinions). jika ingin lengkap diperlukan program bawaan CalculiX Graphics (CGX) dari bConvergence untuk distribusi OS Windows.

File masukan atau input & output data dalam format CalculiX berada pada folder temporary:



menu program CalculiX Graphics CGX dapat diakses dengan klik kiri mouse (left click) pada legend values.



lainnya diakses dengan perintah di Command Prompt dengan posisi mouse tetap berada pada mode graphics, fasilitas perintah tersebut diantaranya adalah untuk tampilan potongan penampang pada jarak tertentu, pemberian keterangan nilai besarnya tegangan/lendutan pada suatu titik/nodes, tampilan deformed structures, group dari nodes yg di constraints, group permukaan bidang kontak (input files), dll



diatas adalah contoh sederhana dengan perubahan parameter lubang, meshing & kondisi batas (tumpuan & beban) akan dilakukan update secara otomatis jadi pengguna cukup re-run analysis saja. sebenarnya contoh ini kurang sesuai dengan aplikasi di lapangan, balok baja jenis castellated yg mempunyai parameter adalah type lubang hexagon dengan beberapa variasi sudut lubangnya serta panjang las sambungannya.