karakteristik penampang dgn sketsa bidang 2D

perhitungan karakteristik penampang (sectional properties) dari profil baja biasa menggunakan tabel dari suplier pabrik pembuatnya. ada kalanya diperlukan perhitungan sendiri pada profil/penampang built-up gabungan dari potongan pelat yang di las atau juga diperlukan perhitungan karakteristik penampang dari profil gabungan.

(sumber: www.gunungsteel.com )

perhitungan secara manual karakteristik penampang menggunakan prinsip pemecahan dari profil penampang utuh menjadi beberapa bagian susunan penampangnya, dicari letak titik atau garis netral sumbu elastis dan plastisnya.

 

program CAD seperti DraftSight dapat mencari letak titik atau garis netral elastis & luasnnya sehingga dapat dicari besarnya inersia penampang terhadap sumbu kuat (major axis) dan sumbu lemah (minor axes). garis yg dibuat merupakan closed polyline dan perlu penentuan region terlebih dahulu, sedangkan perintah atau command yg digunakan adalah "massprop" namun hasilnya tidak ditampilkan secara legkap properties lainya, terlihat AutoCAD Mechanical lebih lengkap perhitungan yg ditampilkan.



program 3D SketchUp tidak mempunyai feature ini, yang ada hanya menampilkan hasil perhitungan luasan. ada plugin bernama Face Centroid & Properties yg dibuat oleh Alexander Schreyer (2014) melengkapi kekurangan ini.




=begin
Copyright 2008-2014, Alexander C. Schreyer
All Rights Reserved
THIS SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS" AND WITHOUT ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES,
INCLUDING, WITHOUT LIMITATION, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND
FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
License: GPL (http://www.gnu.org/licenses/gpl.html)
Author : Alexander Schreyer, www.alexschreyer.net, mail@alexschreyer.net
Website: http://www.alexschreyer.net/projects/centroid-and-area-properties-plugin-for-sketchup/
Name : Face Centroid
Version: 1.3
Date : 3/5/2014
Description : Draws a construction point at the centroid of a shape that lies flat
on the X-Y plane (the ground). Also calculates
area, perimeter, Moments of Inertia and radius of gyration of face
(Ix, Iy, Ixy, rx, ry)
Usage : 1. Draw shapes on the X-Y (ground) plane and select at least
one face, make sure the face points up!
2. Select "Get Face Centroid" from the context menu
3. A construction point will be placed at the centroid and
the area properties will be displayed for each face
PLEASE NOTE: Since SketchUp approximates curved shapes with
polygons, this calculation will only be as good as the
approximation. To increase accuracy, increase the number
of polygons.
History: 1.0 (10/11/2008)
- First version
1.1 (unreleased)
- Changed results box to WebDialog. Looks nicer and all values
can be copied at the same time.
- Checks normal that face is coplanar to XY
- Adds height so that centroid is shown at height of face
1.2 (2/19/2014):
- Removed the Tools menu item, now only context menu
- Cleaned up code
- Results uses multiline textbox for simplicity
- Properties display now displays model units
- Dialog for option to draw crosshairs
1.3 (3/5/2014):
- Added limit to only use 10 faces at a time
- Removed the need for flipping of faces
- No more @mod variable
- Better unit handling
Issues: - For faces with internal openings it is necessary to draw connecting line between each
opening and the perimeter
- Could implement translate so that this works on arbitrarily
oriented surfaces
- Get angle of strong axis and draw it.
=end


 

akses feature plugin tersebut melalui konteks menu klik kanan (right click) lalu pilih Get Face Properties. adapun tahap sketsa 2d plane untuk mencari nilai karakteristik penampang ditampilkan berikut:













hasil satuan yg diperlihatkan sesuai setting pada saat penggambaran, untuk merubahnya dapat melalui Model Infos di menu Windows lalu pilih Units.



terlihat lebih fleksibel, dimana saat pembuatan gambar penampang menggunakan satuan millimeter dan tampilan keluaran menggunakan satua centimeter.



metode yg digunakan oleh pembuat plugin adalah dengan meninjau segitiga pembentuknya, hal ini mirip dengan metode elemen hingga tinjauan fiber section dimana penampang dibagi menjadi banyak pias pembentuknya beserta properties materialnya. ada perbedaan dari cara plugin tersebut menghitung, mesh yg digunakan adalah default hasil SketchUp dengan format Collada DAE dimana sebuah bidang segi empat terbentuk dari dua buah segi-tiga. keadaan tersebut menjadikan tidak memungkinkannya perhitungan konstanta torsi warping dengan cara numerik, karena mesh bawaan yg terlalu kasar. kelihatannya juga akan ada kendala pada pencarian letak titik atau garis netral plastis karena kondisi meshing kasar tersebut.

Metode	A (cm^2)	Ix (cm^4)	Iy (cm^4)	rx (cm)	ry (cm)	Sx (cm^3)	Sy (cm^3)	J (cm^4)	Cw (cm^6)	Zx (cm^3)	Zy (cm^3)
Tabel	84.10	23700.00	1740.00	16.80	4.54	1190.00	174.00	-n.a-	-n.a-	-n.a-	-n.a-
Analitis	84.12	23704.42	1736.38	16.79	4.54	1185.22	173.64	35.68	6.5x10^5	1326.26	267.65
Numerik	84.14	23711.96	1736.41	16.78	4.54	-n.c-	-n.c-	-n.c-	-n.c-	-n.c-	-n.c-

berikut perbandingan lain dengan metode numerik program bantu SAP/TABS section designer, saya agak kesulitan saat membuat daerah takikan sehingga digunakan pendekatan sebagai bentuk segitiga.





terlihat pada perhitungan nilai konstanta torsi menunjukan bebih besar dari cara pendekatan, namun ada kekurangan hal  lain yaitu tidak dihitung dan ditampilkannya konstanta puntir (warping).



 

sebenarnya postingan diatas ingin mengemukakan pendapat sya pribadi (personal opinions) yg kurang begitu setuju dengan konsep desain yg menggunakan tabel atau grafik yg terkesan blackbox. pembaca atau user mengambil suatu nilai dari tabel atau grafik untuk digunakan sebagai masukan dalam proses desain struktural, seperti banyak beredar buku di pasaran bahkan code sekalipun. memang tujuannya baik yaitu untuk mempermudah, namun saya berpikiran hanya menjadikan pelajaran mekanika benda padat dan kekuatan material terlupakan. sya lebih setuju dengan cara analitis maupun numerik daripada tabel, dapat dilihat fleksibilitasnya. tabel karakteristik penampang IWF  (wide flanges) diatas hanya berlaku untuk 16 penampang stadard Jepang, perlu tabel lain untuk penampang HB (h-beam), sedangkan cara analitis berlaku universal tanpa batasan masukan hanya jenis penampangnya saja. metode numerik degan integrasi banyak pias mempunyai jangkauan sangat luas dapat dipakai untuk penampang sembarang (arbitrary section)

to be added...

• numerical analysis using FEA/Code_Aster for calculation section properties


• steel fabricator table comparison & given additional data for torsional properties

Read More

contoh simulasi dari sketsa 3d model hook

SketchUp program modeling 3d yg cukup intuitif yg pertama sya kenal dari Google yg mendistribusikan secara cuma-cuma (free) sekitar sepuluh tahun yg lalu telah menggantikan sya yg sebelumnya menggunakan pemodelan 3d dengan AutoCAD 2002 (too many command using UCS!) awalnya sya hanya gunakan untuk project DoItYourself desain meja/rak buku, dan rumah tinggal teman, sodara & sendiri, dan belakangan untuk model 3d struktural portal baja & beton. saat ini saya coba gunakan untuk yg lebih serius :) simulasi mekanika.

kelanjutan dari postingan sya kemarin hari (sebelumnya) dicoba aplikasi pemodelan & simulasi mekanika pada object sederhana yaitu sebuah penggantung (hook) yang menerima beban dari baut penghubung. hal yang pertama ditempuh adalah analisa linear biasa dengan mengabaikan nonlinearitas (boundary condition & material) perilaku kontak dan tegangan yang melebihi batas elastis.



gaya beban dari baut penghubung didistribusikan seluas ring kontak pertemuannya, ini hanya benar jika beban adalah sentris.





warna merah adalah group dari node permukaan yg akan diterapkan contraint tumpuan,sedangkan warna biru adalah group node permukaan yg akan diberi beban normal face of tetrahedral element.



diterapkan beban total 20kN (20.000N) sehingga beban permukaan adalah 16,38N/mm^2



hasil analisa dengan tampilan deformed shape berupa defleksi (mm) & tegangan (N/mm^2)









kriteria tegangan leleh von Mises,



 

model kedua adalah lebih kompleks karena memasukan perilaku kontak, gaya yg diterapkan juga dua arah (biaxial) serta nantinya ditinjau nonlinearitas materialnya.



hasil mesh automatis tetrahedral quadratic element,

pembagian group komponen hook (blue) & bolt (red) untuk penentuan perbedaan properties materialnya,

group dari nodes area permukaan tumpuan & beban,



group dari nodes area permukaan bidang kontak (master & slave) bagian pertama,





group dari nodes area permukaan bidang kontak (master & slave) bagian kedua,





... in progress

Read More

dari sketsa 3d kemudian simulasi mekanika

ini merupakan kelanjutan postingan sya terdahulu, mengenai pencarian sya untuk kemudahan & kecepatan 3d modeling beserta simulasi mekanika dengan program mesher & elemen hingga.



SketchUp merupakan program modeling 3d yg cukup mudah, biasa digunakan untuk sebuah konseptual desain dikarenakan masalah akurasi pada model kecil/micro. banyak digunakan para arsitek dan animator, dikatakan kurang akurat karena object curve diwakilkan dengan pendekatan segi banyak tertentu menjadikan permasalahan pada penggambaran object 3d bidang lengkung seperti pertemuan dua buah pipa. namun apakah kondisi tersebut membuatnya tidak dapat digunakan?



 

kembali kepada konsep simulasi elemen hingga itu sendiri adalah pendekatan yg sama konsepnya, object lengkung diwakilkan dengan segmen garis banyak. jadi secara prinsip tidak masalah, berbeda jikalau masalah sambungan antar node mesh yg tidak terhubung. kondisi tersebut akan menjadian analisa gagal karena terjadi rigid body motions.



program SketchUp mempunyai fasilitas boolean operation, sehingga hal tersebut dapat diminimalisir. jikalau masih ada kendala akibat kondisi tersebut, program elemen hingga saat ini ada yg sudah menfasilitasi jenis constarint antar surface mesh tersebut dengan type bonded/glue/tie constraint, ditentukan toleransi jaraknya.

Piping 300 class tee WN, 10 by Trimble, 2007 (source: link)

ada sedikit catatan, pada model solid yg terdapat fillet atau chamfer yg bernilai kecil dibandingkan dimensi penampangnya akan mengalami sedikit kendala pada saat proses meshing, untuk tahap awal lebih baik dihilangkan terlebih dahulu untuk menghindari hasil auto mesher yg tidak diinginkan karena terlalu halus/rapat. namun hal tersebut juga akan menimbulkan masalah lain yaitu konsentrasi tegangan, jadi tetap sebaiknya adanya fillet dan chamfer dimodelkan pada tahap akhir.

Universal Joint by John C., 2006 (source: link)

berikut adalah contoh berbagai model bracket yg sya dapat dari SketchUp 3D Warehouse, sya gunakan untuk test integritas dan kemampuan software mesher Netgen (element type, material group & boundary condition) untuk solving & post-processing akan ditambahkan kemudian menyusul. jenist meshing yg digunakan auto tetrahedral quadratic dengan midside node untuk posisi kurvature.

test 1.

test 2

test 3

test 4.

test 5.

test 6.

test 7.

test 8.

test 9.

test 10.

test 11

test. 12

test 13.

test 14.

test 15.

dari test diatas, secara umum terlihat reliable mesh yg dihasilkan walau ada beberapa model by user yg tidak memenuhi untuk simulasi. program modeling 3D SketchUp berbeda dengan Solid CAD modeler lain yg menghasilkan standard file  (Brep, Iges, Step atau Acis), ya memang bukan benar-benar object solid namun sudah dapat berguna untuk model simulasi elemen hingga. jika ingin digunakan maka penentuan pembagi (segments) object lengkung perlu diterapkan terlebih dahulu di awal pada saat pemodelan, hal ini dimaksudkan untuk menghindari hasil auto mesh yg terlalu halus seperti yg ditunjukkan pada test 6, 7 & test 11, 12.

Read More