beberapa cara pemodelan baut pada software FE

pemodelan baut adalah hal tersulit dalam analisa FE sambungan baja, karena adanya interaksi kontak/ sliding friksi, gaya prategang dan plastisitas pada baut & lubang. hal tersebut yg menjadikan hampir tidak memungkinkan memodelkan secara keseluruhan pada portal bangunan baja. bahkan untuk satu sambungan kompleks yg terdiri dari banyak member balok & bracing saja butuh resource computer yg sangat tinggi. dikarenakan keadaan tersebut banyak metode penyederhanaan untuk modeling baut pada software FEA diantaranya adalah,

1. beams or springs element connected with rigid links / multi point constraint / DOF coupling
2. beams element connected with spider beams or triangular plates
3. solid element with fully contact or partially bonded

dari pemodelan diatas yg paling cepat adalah dengan model (1), namun mempunyai kekurangan karena transfer gaya yg sebanding menjadikan sangat kaku pada nodes yg terhubungnya. selain itu tidak dapat terwakilkannya kondisi tumpu (bearing) dan juga baut yg tertekan (tension only) jika memodelkan dengan beam element. model (2) dapat menutupi kekurangan tesebut dengan diterapkannya tingkat kekakuan element balok penghubungnya (spider beams) namun untuk kondisi baut yg tertekan pelu dicari pendekatan lain(?) walau terlihat agak sulit karena adanya perilaku pengekangan rotasi (clamping) pada badan baut (shank). model (3) adalah yg paling mendekati keadaan sesungguhnya, sedangkan cara partially bonded yaitu pada washer (bold/nut) & sekian bagian tinggi badan baut (shank) hanya untuk mereduksi masalah  dengan mengabaikan adanya kontak dan mempercepat solver.

,

.

untuk model yg besar juga biasa direduksi dengan penggunaan elemen shell, selain itu juga untuk tujuan kekangan area nodes yang dapat ditempatkan pada bagian tengah ketebalan pelat (mid plane). konskuensi dari penyederhanaan tersebut adalah belum ditinjaunya kekuatan baut terhadap kondisi tumpu (bolt bearing strength). pada tulisan ini sya menggunakan element shell continuum S8. model baut dengan spider beams ditempatkan pada bebeapa posisi ketinggian. jenis analisa meninjau keadaa kontak dan plastisitas (simple bilinear) pada pelat penyambung. meshing elemen masih kasar namun sudah menggunakan jenis quadratic.

.

(sumber: Sutherland, 2015)
.

(a) posisi balok penghubung sejajar dengan bidang tengah (mid plane) komponen pelat

.

.

(b) posisi balok penghubung sejajar dengan bidang permukaan komponen pelat

.

.

.

.

(c) posisi pertemuan balok penghubung sejajar dengan bidang tengah (mid plane) komponen head/nut

.

.

.

..

(d) sama dengan mdel (b) namun menggunakan elemen solid quadratic C3D20

.

.

.

.

..

.

(e) sama dengan mdel (c) namun menggunakan elemen solid quadratic C3D20

.

.

.

.

need to be add, full 3D solid element with contact & plasticity

.