elemen shell 3d continuum pada permasalahan "Raasch Hook"

study konvergensi penghalusan mesh & perilaku elemen shell 3d continuum pada solver FE CalculiX, kasus berikut biasa dipakai untuk benchmark elemen shell pada banyak software FE. karena pada saat itu (1990) Raasch dari BMW mendapati keadaan selisih atau kesalahan pada hasil output saat menggunakan sofware FE NASTRAN elemen QUAD4.

geometri seperti terlampir dengan ketinggian pelat H=20in, tebal T=2in, Modulus Elastisitas E=3300psi dan Nilai banding poisson v=0.35

.

.

awalnya ditinjau dengan elemen shell standard (Mindlin Thick Plates) jenis quadratic pada sofware FE LISA/Mecway.

.

.

.

.

.

sebagai acuan referensi diambil dari pustakan Knight (1997) nilai defleksi vertikal adalah sebesar 4.9352in, sedangkan merujuk pustaka Wenzel etal (2002) yg dilakukan secara analitis (closed form solution) nilai defleksi vertikal adalah sebesar 4.7561in

berikut dicoba ulang menggunakan elemen linear, hasilnya solver FE LISA/Mecway penggunaan elemen QUAD4 memberikan hasil keluaran yg tingkat kesalahannya sangat besar atau menyimpang namun penggunaan elemen shell 3d continum S4 dengan solver FE CalculiX masih cukup mendekati dengan rujukan,

.

.

terlihat penggunaan elemen shell 3d continuum dengan solver FE CalculiX lebih akurat dibandingkan shell standard (Mindlin Thick) pada solver FE LISA/Mecway dan mungkin software FE lain yg menggunakan formulasi sama.

using layered shell 3d continuum element (S8R Composite)

(d=0.127m=5.0in)

.

menurut rujukan pustaka MacNeal etal (1998) penyebab keadaan tersebut adalah akibat rumus penentuan bidang normal elemen shell QUAD4 sehingga menjadikan ketidakmampuan menyalurkan gaya puntir secara benar.

Read More

simpul pertemuan (knot) pada elemen shell continuum

solver FE CalculiX menjadikan elemen shell yg dilakukan expansi 3D saat running, akibatnya akan terjadi overlaps pada pertemuannya. pada elemen shell standard model pelat berada pada posisi center/mids ketebalannya.

.

.

berikut dokumentasi dari sofware CalculiX,

(sumber: Dhondt, 2018) 

.

berikut hasil keluaran sofware LISA/Mecway menggunakan elemen shell standard mindlin,

.

.

pemodelan menggunakan elemen shell continuum dengan solver FE CalculiX:

(a) posisi mids/center tanpa offset

.

.

(b) posisi dengan offset negatif

.

.

.

.

(c) posisi dengan offset positif

.

.

.

.

 berikut perbandingan dengan hasil analisa menggunakan elemen solid linear (C3D8I)

.

.

.

.

terlihat pada kasus ini hasil defleksi & tegangan analisa menggunakan elemen shell continuum (S4)  hampir sama atau identik dgn analisa menggunakan elemen solid (C3D8I). dicoba perbandingan lain dengan elemen shell continuum quadratic (S8R) dan berlapis (COMPOSITE) dan elemen solid quadratic (C3D20R) hasilnya sedikit lebih besar sekitar 9% dibanding sebelumnya.

.

.

.

.

penggunaan elemen shell continuum linear (S4) ataupun quadratic (S8) pada CalculiX beserta keadaan simpul pertemuannya (knot) dengan atau tanpa adanya offset bidang permukaan terlihat cukup reliable dan dapat mereduksi kompleksitas pemodelan, walau secara waktu penyelesaian mungkin tidak berbeda jauh dibanding elemen solid linear (C3D8I) atau quadratic (C3D20R) karena dalam proses running solver mengkonversi dgn expansi menjadi elemen jenis solid yg sama.

(sumber: Dhondt, 2018)

. 

.  

Read More

penyederhanaan model baut pada analisa sambungan baja

untuk tujuan praktis, hal yg paling cepat dan mudah adalah memodelkan komponen sambungan baja dengan element shell dan beam. solver FE CalculiX menjadikan model element shell jenis continuum, sehingga dapat diterapkan bidang kontak serta nonlinearitas material.

.

penerapan offset element shell diterapkan guna mengekang sisi luar sebagai perwakilan nut/head pada baut. karena sya belum berhasil (convergence problems) menggunakan penerapan perintah DCOUP3D & EQUATIONS maka untuk tahap awal sya memodelkan dengan cara konvensional yaitu menggunakan sebaran balok berdimensi kecil namun mempunyai kekakuan yg sangat tinggi. solver berjalan cukup cepat tanpa kendala stabilitas numeric saat sya menerapkan kekakuan dari modulus elastisitas pada sebaran balok dengan nilai 100.000x dibanding komponen lain.

,

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

pemodelan diatas cukup effektif karena dapat mereduksi cukup signifikan terhadap waktu penyelesaian solver FE CalculiX. mengenai tegangan pada baut juga dapat ditampilkan secara langsung (von Mises) ataupun gaya internal (section forces) akurasi dapat ditingkatkan dengan menambah jumlah mesh pada elemen beam tersebut. sedangkan lainnya adalah pada penggunaan jenis elemen quadratic mesh pelat penghubung & profil.

.

contoh kondisi lain saat diterapkan kekangan rotasi (clamped) pada sisi kanan, berikut hasilnya.

.

.

.

.

skematis dari pemodelan diatas adalah sebagai berikut,

.

kemungkinan ada sedikit kendala saat model pelat sambung lebih dari satu (multiple lap splice) karena pelat bagian tengah teletak pada center tanpa offset. namun sekilas diperkirakan tidak terlalu berpengaruh terhadap tegangan pelat sedangkan pada baut akan agak berbeda. apakah masih cukup reliable (?) nanti perlu dibuat perbandingan dengan model yg full solid untuk baut dengan dan tanpa model head & nut.

.

.

.

penyederhanaan pemodelan diatas sangat berguna untuk mereduksi waktu penyelesaaian secara signifikan/drastis pada masalah yg cukup rumit dengan jumlah baut yg sangat banyak. biasa banyak digunakan oleh analyst pada aplikasi nyata di lapangan seperti contoh berikut,

(sumber: Ocel, 2017)
.

*FE software: SM, MW, PPM & CCX

Read More