perbedaan hasil FE analisa berbagai jenis element pada balok pre-twisted

[draft]

contoh kasus analisa menggunakan element shell biasa/standard yg umumnya banyak digunakan program FE general dibandingkan terhadap hasilnya dengan element shell continuum 3D yg hanya tersedia pada beberapa software FE spesifik seperti Abaqus/CalculiX,



diketahui dimensi balok:

• panjang, L=12.00 m


• lebar, b=1.10 m


• tebal, t=0.32 m

material properties:

• Modulus elastisitas, E=29000 kPa


• Angka banding poison, v=0.22

geometri balok dilakukan pre-twisted sebesar 90deg dengan perubahan linear tiap segment elemennya. beban yg diterapkan berupa point load sebesar 1.0 N pada arah sumbu-Y global dan akan dibandingkan hasil analisa defleksi arah tersebut, study konvergensi  menggunakan berbagai element serta kehalusan mesh:

• conventional 1D beam element, both Euler and Timoshenko beams


• expanded beam 3D continuum


• linear shell element (quad 4), both for Mindlin-Reissner thick and Kirchof-Love thin


• quadratic shell element (quad 8), both for Mindlin-Reissner thick and Kirchof-Love thin


• continuum 3D shell element


• brick/solid element, linear & quadratic

seperti yg sudah banyak diteliti, penggunaan conventional shell element gagal mencapai konvergensi pada kasus diatas walau digunakan refined dengan mesh yg sangat halus.

(source: LISA-FET/Kemp V.,2013)

tampilan hasil analisa menggunakan jenis element quadratic shell (quad 8) Mindlin-Reissner thick plate theory memperhitungkan deformasi geser.

(16 element, 69 nodes)

(64 element, 223 nodes)

berikut perbandingannya dengan hasil analisa menggunakan element shell continuum (S8),

(16 element, 165 nodes)

(64 element, 551 nodes)

terlihat penggunaan element shell continuum dapat mencapai konvergensi dan bahkan dengan cukup cepat diterapkannya mesh refinement, dan ini merupakan indikasi yg menunjukan penggunaaan element tersebut lebih akurat. dibawah adalah tampilan kontur distribusi tegangan von-Mises



 

to be added,..

yg belum beam 1D element conventional/standard dengan beam continuum 3D, Kirchof thin shell & Timoshenko thick beam serta element solid true. nanti ada waktu dibuat menyusul kemudian perbandingannya,

lainnya analisa nonlinear plastisitas mencari nilai tegangan residu dan deformasi permanen akibat pemutaran penampang balok sebesar 90deg pada jung yg sebelumnya tegak seperti posisi pada tumpuan.

 

*updates

hasil analisa dengan menggunakan conventional 1D beam element, Euler mengabaikan deformasi geser.

(8 element, 9 nodes)

penghalusan jumlah pias pembagi (mesh refinement),

(16 element, 17 nodes)

(32 element, 33 nodes)

kontur tegangan arah sumbu utama pada titik sudut tepi penampang balok,

hasil analisa menggunakan elemen beam continuum 3d quadratic (B32),

(16 element, 200 nodes)

tampilan kontur distribusi tegangan von-Mises,



penghalusan mesh transisi kelengkungan,





 

**Note: Finite Element Solver are LISA-FET/MW and CalculiX