elemen rangka batang (truss) expanded 3d

metode elemen hingga program CalculiX sejak versi 2.9 menyediakan elemen jenis rangka batang (truss). pada pemodelan dengan elemen hingga program CalculiX, perubahan cukup sederhana cukup menggatikan keyword element type menjadi truss (T3D3) serta mengganti keyword beam section menjadi keyword solid section dan juga penentuan luas penampangnya.



sebenarnya analisa rangka batang merupakan penyederhanaan masalah, dalam kenyataannya tegangan sekunder terjadi akibat adanya kekangan sambungan atau eksentrisitas. ditinjau rangka batang sederhana seperti gambar diatas, digunakan material baja dan profil pesegi pejal 200x200mm untuk batang chord atas&bawah, 100x100mm untuk batang diagonal&vertikal. akan dibandingkan 3 (tiga) pemodelan analisa struktur metode elemen hingga (FEM), dengan model:

1. semua titik sambungan rigid


2. rotational release pada keseluruhan batang


3. rotational release hanya pada bantang diagonal & vertikal

 

model (1) semua titik sambungan rigid

hasil program analisa struktur standar/biasa dua dimensi.

defleksi pada ujung (Dy=36.47mm,Dx=2.93mm)

Gaya Aksial (kN)

Momen Lentur (kN*m)

data masukan dan tampilan keluaran program elemen hingga dengan penggunaan element beam/truss continuum.

Defleksi vertikal dan horisontal,

tegangan padaa batang,





model (2) rotational release pada keseluruhan batang



Defleksi vertikal pada tumpuan (Dy=14.61mm)



Sehingga tegangan normal adalah: batang chord atas (Sct = Pc/Ac = 150 N/mm^2) dan batang diagonal (Sd = Pd/Ad = 424.26 N/mm^2)

hasil program elemen hingga:

defleksi vertikal & horisontal (mm)





tegangan pada batang (N/mm^2)





terlihat adanya ketidak stabilan, batang chord bagian bawah yang mengalami tekan ada pergerakan keluar bidang saat tidak diterapkan boundary constraint pada titik tersebut.

model (3) rotational release hanya pada bantang diagonal & vertikal

defleksi (Dy=36.52, Dx=2.91)

hasil program elemen hingga:



defleksi vertikal & horisontal (mm)





tegangan pada batang (N/mm^2)





terlihat lagi hasil analisa menunjukkan ketidak stabilan, batang chord atas & bawah masing-masing berputar terhadap sumbu batangnya walau hasil tegangan masih menunjukan tidak berbeda jauh dengan sebelumnya.

sya coba perbaiki dengan menerapkan rotataional constraint pada tumpuan, ... and the results shown as expected.



berdasarkan dari tinjauan beberapa pemodelan diatas, untuk metode elemen hingga program bantu CalculiX sebaiknya pemodelan rangka batang atau truss menggunakan elemen balok saja (element type beam, B32R) untuk menghindari masalah stabilitas perhitungan oleh program. selain hal tersebut elemen truss hanya mempunyai kekakuan aksial normal (AE/L) menjadikannya tidak dapat diterapkan beban tranversal pada bentang. penentuan element type truss berdasarkan luas penampang yg ditentukan oleh pengguna kemudian program akan menyetarakan penampang pesegi dengan lebar tertentu, hal ini menjadikan tidak dapatnya digunakan visualisasi atau tampilan hasil penampang bentuk lain (L,T,H,C etc) seperti halnya pada element type beam.

 

... to be added

rotational release using member end stiffness modification, short beam segment with very small in properties of modulus elasticity, beware of numerical problems (?)