"metode komponen" saja atau "berdasarkan komponen" FEM

 

(source : www.csiportugal.com)

.

sudah agak lama sya bertanya-tanya dengan kosa kata yg baru yaitu "Component Based FEM" ini dikarenakan  sebelumnya sya sudah membaca beberapa artikel lama (Eropa) suatu pendekatan perhitungan hubungan momen kelengkungan pada sambungan baja dengan perwakilan gabungan komponen pegas. belakangan software tersebut melakukan patenisasi yg sya tidak begitu paham lingkup dan maksudnya. penemunya mengklaim suatu hal yg baru, padahal bagi pengembang atau pengguna software FE pastinya belum tentu mau mengakuinya. ini dikarenakan analisa kontak, plastisitas, elemen shell, Winkler/Pasternak, pegas non/linear, gap serta rumusan constraint untuk model las (seam), sub-model sudah ada dan lama serta biasa digunakan para analyst FE. metode perhitungan sambungan baja dengan bantuan elemen hingga mungkin lebih tepat disebut "FE-Based Design of Steel Connection" seperti yg disampaikan oleh Packer (2020)

berikut pendapat dari bebeberapa rujukan,

.

( source : Wald & Bajer et al, 2016)

.

(source :  Jaspart & Steenhuis et al, 1998)

.

terjawab sudah dari paper lama peneliti Eropa tersebut, bahwa kosa-kata baru tersebut adalah perwakilan penyajian dari metode elemen hingga itu sendiri. maksudnya karakteristik pegas tersebut diturunkan dari simulasi elemen hingga atau uji eksperimental. jadi, akan terdengar rancu jika digabungkan seperti menjadi CBFEM. seharusnya memang cukup dengan FEM saja seperti banyak pengembang software (Ansys, Dlubal, GT STRUDL, CSi SAP2000, etc) mengenai tambahan perhitungan awal data masukan (pegas nonlinear hanya tarik untuk baut dan pegas Winkler hanya tekan untuk tumpuan beton, gaya presstressed baut) dan lanjut hasil analisa FE (check analitis manual kekuatan baut, las dan blok tekan beton) bukanlah suatu hal yg khusus, spesial dan baru serta perlu dipatenkan. perhitungan lanjut analitis tsb tidak lebih seperti bagaimana feature demand/capaity ratio atau kebutuhan tulangan dari elemen balok/kolom beton/baja atau elemen pelat/cangkang.

.

(source : Fuzhe Xie et al, 2020 after Krawinkler, 1978)

.

dan akan lebih bijaksana jika pengembang software tidak mencoret atau menyalahkan suatu metode perhitungan yg sudah ada terlebih dahulu, kerena memang perhitungan analitis Component Method ditujukan untuk penyederhanaan masalah agar dapat dihitung cepat dengan manual kalkulator tangan. disisi lain seorang 3D FE analyst berpengalaman juga dapat saja mencoret/menyalahkan banyaknya simplifikasi dan penyimpangan dari yg namanya CBFEM tersebut. 

example given (could be):

• effective plate contact areas of friction bolt / tension controled
• bearing stress of plate holes due to coarse mesh and bolt model simplification
• weld models itself and stress/strain checking
• there's no bending occurs at bolt, only shear & tension
• a proposed sub-model would not in equilibrium (end force, member load, support)
• shear key modeling interaction with concrete
• elastic eigen buckling, not in partially yielding areas
• residual stress, plate/member geometric imperfections.
• contact stress below the base plate due to closed edge distances of concrete block.
• anchorages, concrete block confinement effect of reinforcing bars arrangement.
• limit analysis of plastic strain could not have a single values, may depend on analysis case (geometry & loads) and FE modeling.
• etc, ... so many, depending on quality target

sayangnya verifikasi software tsb hanya banyak dilakukan terhadap cara analitis dan peraturan baja pada nilai akhir saja yg lowerbound (aman) ini tidak lain akibat dari pengabaian strain hardening material baja serta simplifikasi lain pada software tersebut. pemikiran sya dan mungkin lainnya sebaiknya lebih banyak dibandingkan dgn hasil analisa FE model menggunakan elemen solid (dikenal lebih akurat) dibanding elemen shell, tidak langsung begitu saja sampai dengan eksperimental dan menyimpulkan sama identik. jikalau masalah kecepatan analisa yg diklaim tidak praktis, ini hanya masalah automatisasi pemodelan dan kecepatan mesin komputasi saja. software CAD/solver FE dan hardware Processor/Memory saat ini tentunya jauh dan akan berbeda dgn lima atau sepuluh tahun sebelumnya dan juga kedepannya.

.

(source :  CYPE Connect Steel, 2021)

.

pengembang sofware yaitu CYPE (komersil) dari Eropa juga membuat software sejenis, namun tidak mempromosikan suatu kosa-kata baru dan mencoret/menyalahkan suatu metode lain. sedangkan pengembang lain yaitu XC (opensource) sya lihat masih mepromosikan kosa-kata baru tersebut, kedua pengembang software sejenis tersebut sama-sama menggunakan solver FE OpenSees.

.

.

(source : Luis & Ana, 2020)

.

kembali kepada Componen Method tadi, jika saat ini software FE sudah banyak yg mampu menganalisa lebih teliti apakah sudah tidak berguna lagi dan dicoret? setiap metode perhitungan tentunya mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing. cara analitis tersebut walau tidak dapat berlaku untuk semua kasus namun dapat sekejap saja running tanpa menghadapi kendala konvergensi atau kegagalan solver akibat stabilitas. dan yg utama dan terpenting adalah biaya lisensi software FE advanced yg mahal jika memilih paket komersil, kecuali beruntung menggunakan software opensource/free.

.

.

.

(source :  Rasmussen, 2021)

.

karena kecepatan analitisnya dan pada tahap implementasi, belakangan dikembangkan untuk analisa portal baja dengan meninjau kekakuan sambungan secara lebih teliti seperti ditunjukan oleh laporan suatu penelitian diatas. sekilas model tersebut mirip atau mungkin pengembangan dari penempatan pegas rotasi perwakilan hubungan momen-rotasi dan geser/aksial pegas translasi gaya-deformasi dari perwakilan jenis sambungan yg digunakan.

 

*updates Feb 2024

ada pengembang aplikasi tambahan pada Ansys mechanical yg sya lihat cukup lengkap untuk menangani masalah sambungan baja. EDR Medeso membuat semacam plugin untuk itu dan beberapa tambahan lainnya diberikan cuma-cuma.

• Bolt Toolkit (link)
• Weld Toolkit (link)
• Initial Deformation (link)
• Fatigue Scanning ((link)
• ASME Material Generator (link)

Sekilas jika menggunakan Ansys beserta plugin tersebut akan cukup handal menangani banyak masalah sambungan baja, ketidak sempurnaan geometry, analisa tekuk nonlinear dan tegangan residu awal pelat akibat proses pengelasan, beban siklis juga dapat ditempuh.