penyederhanaan bentuk profil baja UNP

jika melihat dari gambar ilustrasi profil UNP atau Channel standar JIS, terlihat adanya sloping pada flanges sebesar 5 derajat, selain itu sisi tepi terlihat radius mempunyai sudut yg tajam bertemu dengan sisi atas flanges seperti pada gambar "B"

.

.

namun saat digambarkan dengan akurasi tinggi program CAD menunjukkan bahwa ada perbedaan nilai pada definisi ketebalan flanges "t2" setelah dicari ulang didapat bahwa yg memenuhi adalah seperti gambar "A" namun biasanya disederhanakan seperti gambar "D" akan dicari perbedaanya terhadap karakteristik penampang dengan program bantu FEM, lalu dibandingkan ulang dengan tabel stndar.

.

.

.

.

terlihat metode penyederhanaan dapat selisih sampai 10% lebih besar pada sumbu lemah penampang, lainnya yaitu pada hasil konstanta warping.

Read More

elemen solid dengan tumpuan pegas elastis

pada masa awalnya analisa elemen struktur diatas medium elastis adalah untuk elemen balok (beam) seperti disampaikan oleh Winkler (1867) lalu kemudian dikembangkan untuk elemen pelat (plate/shell) dan belakangan dikembangkan untuk elemen pejal (solid/brick) bahkan sudah dapat meninjau nonlinearitas pegas tumpuan yg hanya menerima tekan dan lainnya dengan hubungan beban-penurunan.

.

.

.

Hasil keluaran program MW/CCX distribusi tegangan arah-X,

.

.

.

.

.

.

.

.

(sumber: Teodoru, 2009)

.

.

hasil FEM sya lakukan perataan (averaging) terlihat hasilnya sudah cukup mendekati kecuali daerah tengah (middle) serat atas, penyebab perbedaan tersebut adalah asumsi teori elemen balok 1D dengan elemen solid 3D. mungkin penyebab lainnya adalah tingkatan kehalusan mesh, perlu studi konvergensi.

.

,

(sumber: Dhondt, 2018)

.

pada kebanyakan refferensi menggunakan elemen balok dan pelat, untuk tujuan simplifikasi beban terpusat gaya dan momen, sehingga pemodelan yg mudah dan mendekati adalah dengan elelem shell continuum pada CalculiX karena saat solving akan dikonversi menjadi elemen solid. jika digunakan elemen shell jenis linear (S4) maka diperlukan penghalusan mesh daerah konsentrasi tegangan sekita beban terpusat tersebut agar dicapai akurasi yg cukup memadai.

.

.

.

.

(sumber: Dhondt, 2018)

.

(sumber: Huang et al (2005), Parvanova (2011) after Bund, 2012)

.

.

.

.

.

(sumber: ELPLA GeotecOffice, 2019)

.

.

.

.

.

.

sebenarnya metode analisa menggunakan tumpuan pegas diatas adalah penyederhanaan masalah kontak antara elemen 1D balok, 2D pelat atau 3D solid dengan tanah masif, tentunya akan lebih akurat jika dimodelisasi secara langsung secara full 3D karena dapat memperhitungkan perilaku kontak dan gesek friksi serta nonlinearitas tanah dibawahnya. lainnya juga dapat memasukan pengaruh beban lain didekat sampingnya serta pola kegagalan tanah penumpunya.

(sumber: USACE, 1992)

.

Read More

penggunaan bonded contact pada sambungan baja

saat menghubungkan dua buah atau beberapa komponen struktur baja dalam analisis struktur program bantu elemen hingga pengguna diberikan pilihan dengan metode mesh konvensional menerus atau penggunaan bonded/glue contact atau tie constraint. berikut perbedaan hasil pada contoh sederhana, seper-empat dari model pelat yg tertarik ditahan oleh baut.

.

.

.

.

.

.

.

model dan hasil menggunakan cara konvensional dengan mesh menerus,

.

.

.

tinjauan secara menyeluruh kedua metode diatas hampir sama hasilnya, kecuali pada sebaran tegangan yg melebihi leleh pada komponen las arah memanjang. masing-masing pemodelan tersebut mempunyai kekurangan dan kelebihan saat digunakan untuk aplikasi nyata analisa perilaku sambungan baja. metode pemodelan dengan bonded contact atau tie constraint sangat sensitif terhadap mesh pertemuan nodal dari elemen yg bertemu permukaannya, akan gagal mencakup jika node cukup jauh seperti pada penggunaan mesh yg kasar. sehingga untuk menghindarinya perlu digunakan mesh yg cukup halus pada daerah pertemuan tersebut, indikasi terhubung atau tidaknya secara sempurna cukup sulit dilihat secara visual karena jumlah node yg banyak. modeling object atau komponen pada cara tersebut cukup mudah, komponen dapat ditambahkan, dihilangkan atau di modifikasi secara bebas karena sudah mengelompok secara terpisah.

(sumber: Dhondt, 2018)

.

model konvensional meshing secara menerus lebih akurat karena dapat dipastikan semua node elemen terhubung, pemisahan object komponen hanya dapat ditempuh dgn sofware meshing khusus seperti SALOME dengan cara partisi. pengurangan, penambahan atau modifikasi tiap object atau komponen hanya dapat dilakukan secara terbatas karenan semua object tersebut sudah menjadi satu kesatuan.

untuk tujuan konseptual prediksi perilaku secara cepat dapat menggunakan metode dgn pemodelan bonded/glue contact atau tie constraint, namun untuk tujuan review final dan akurasi hasil sebaiknya menggunakan metode konvensional mesh menerus/menyatu dengan dilakukan partisi pemisahan object atau komponen tersebut. akan lebih baik juga menggunakan mesh jenis structured hexahedral untuk mereduksi jumlah nodes dan menhindari masalah konvergensi pada analisa kontak.

.

Read More

pelat penyambung pada elemen bracing siku

elemen bracing siku dapat disambungkan dengan pelat gusset, berikut contoh permasalahan. terlihat sederhana dan banyak ditemui pada contoh soal dalam buku diktat atau catatan kuliah struktur baja sub-bab sambungan las. adapun linkup perhitungan tangan secara analitis telah mencakup:

• kuat geser (shear strength) komponen las
• kuat geser (shear strength) komponen penampang profil siku
• kuat putus (fracture strength) komponen penampang profil siku
• kuat tarik (tension strength) komponen pelat gusset

.

.

berikut pilihan konfigurasi sambungan las lain yg memungkinkan untuk keadaan diatas (Varma etal, 2003).

.

pada tulisan kali ini sya meninjau ulang permasalahan dengan program bantu elemen hingga, dikarenakan beberapa asumsi pada perhitungan secara analitis yg mengabaikan eksentrisitas penampang/pelat gusset terhadap titik pusat konfigurasi kelompok las (weld group). model FEA diwakilkan sebagian karena kondisi simetris dan untuk tujuan mereduksi waktu penyelesaian computing. dimensi dan gaya dalam satuan "mm" & "N" menyesuiakan, analisa masih linear elastis belum dimodelkan kondisi plastisitas dan kontak.

.

berikut hasil keluaran program CCX/PPM penggunaan elemen tetrahedral quadratic dengan mesh menerus/menyatu. ditampilkan deformasi vertikal & lateral, sesuai perkiraan awal ini terjadi karena pada perhitungan tangan secara analitis kondisi eksentrisitas diabaikan.

.

defleksi lateral akan menjadikan adanya kontak antara web profil siku dengan pelat gusset.

.

.

.

.

Terlihat sebagian besar pelat gusset sudah mencapai leleh, ini dikarenakan tambahan gaya momen lentur yg terjadi akibat eksentrisitas penampang siku dengan pelat gusset.

.

sebagian sayap atas (flanges) profil siku sudah mengalami leleh, serta sisi web bagian bawah juga terkonstrasi ada yg sudah melebihi tegangan leleh.

(Isometric Top View)

.

(Isometric Bottom View)

.

pada bagian las hanya sedikit saja yg menunjukkan tegangan sudah mencapai leleh, yaitu ujung pertemuan antara pelat gusset & profil siku bagian atas karena dominasi gaya tarik akan diterima bagian sayap profil siku. pada kenyataannya tegangan yg terjadi akan lebih tinggi karena kontribusi dari pengaruh eksentrisitas arah horisontal "x" profil siku. 

.

.

terlihat pada permasalah sederhana sekalipun saat ditempuh analisa secara teliti dgn program bantu elemen hingga (FEA) menunjukan keadaan yg cukup rumit dimana tegangan tambahan akibat eksentrisitas menjadikan material melebihi tengangan leleh (material nonlinearity / plastisitas). lainnya pergerakan lateral profil siku yg menjadikan kontak (gemoteric nonlinearity) dengan sisi pertemuan dengan pelat gusset. 

(sumber: Varma etal, 2003)

.

untuk menghindari kondisi under-design (unsafe) atau meningkatkan angka aman (safety factor) setidaknya perlu memperhitungkan eksentisitas sumbu vertikal "y" antara pusat gaya pada penampang profil siku dengan eksentrisitas geometri kelompok las (weld group) pada perhitungan manual analitis kebutuhan dimensi dan tebal pelat penyambung (gusset).

**updates

berikut hasil perbaikan konfigurasi las & dimensi gusset,

.

.

.

.

.

perbandingan dengan model menggunakan bonded contact / tie constraint,

.

.

.

dari hasil diatas menunjukan kriteria kekuatan berdasarkan tegangan leleh terjadi terlebih dahulu pada profil siku dan pelat gusset. namun plastisitas terjadi hanya terlokalisasi atau terpusat setempat maka konfigurasi diatas dapat mencapai beban ultimit (?) perlu analisa lanjut dengan meninjau nonlinearitas material serta keadaan kontak.

Read More