material kayu jenis orthotropis dalam CalculiX

kayu merupakan material yg tingkat non homogenitasnya sangat tinggi karena keadaan alami dipengaruhi jenis, umur. juga kadar air dan terutama cara pemotongan bidang penampang. belum lagi adanya mata kayu (knot) akibat cabang ranting. Penggunaan material untuk kayu pada program bantu seperti CalculiX atau lainnya pasti mempunyai keterbatasan jenis material anisotropic tersebut. Jika yg ditinjau hanya pada keadaan elastis tanpa kuat batas atau kerusakan material maka tersedia beberapa pilihan yaitu : Orthotropic, Anisotropic dan Engineering constants. Saat ini program CalculiX versi terbaru (v2.22) mendukung plastisitas material namun masih terbatas asumsi isotropis, definisinya berlaku sama pada kesemua arah. Namun untuk beban yg bekerja dominasi searah longitudinal seperti kebanyakan kasus umum, kelihatannya masih dapat cukup berguna untuk sebagai gambaran perilakunya.

.

(source: Sandhaas & Kuilen, 2013)

.

diberikan contoh data sebagai berikut, asumsi kepemilikan arah radial dan tangential adalah sama alasan tingkat ketidakpastian aktual terpasang dan penyederhanaan masalah.

.

.

.

.

dicoba pada contoh kasus sederhana balok kantilever, dimensi penampang 50x100mm dan panjang 500mm, beban merata permukaan sebesar 1.0MPa. Balok yg satu (kiri) menggunakan material isotropis sedangkan yang lainnya adalah orthotropis. Elemen yg digunakan adalah linear hexahedral (incompatible), terlihat hasil penggunaan material orthotropis menunjukan lebih besar pada lendutan dan tegangan (lentur & geser) , hal ini banya dipengaruhi oleh nilai modulus elastisitas selain longitudinal yg jauh lebih rendah.

.

.

.

.

.

.

.

berikut contoh lain pada kondisi balok tumpuan sederhana,

,

.

.

.

.

sedangkan kepemilikan plastisitas ditentukan dari hubungan tegangan regangan (true stress/strain) hasil uji benda contoh di laboratorium. Sebaiknya untuk material kayu perlu menggunakan model sampai batas rusak (damage), ditentukan ketiga arah seratnya dan juga kapasitas tekan dan tarik dapat berbeda signifikan terutama  mengenai daktilitas arah radial karena posisi serat tegak lurusnya.

.

(source: Buchanan etal, 2008)

.

dibawah adalah hasil analisa nonlinear meninjau deformasi besar dan plastisitas material, beban sebelumnya ditingkatkan sebesar 50% dan hasilnya menunjukkan regangan plastis equivalen berkisar 10% nilainya.

.

.

.

.

.

.

.

.

kepemilikan material orthoropis untuk kayu perlu ditentukan dari hasil uji pada setiap arah sumbunya, berikut beberapa contoh data lain dari hasil suatu penelitian.

.

(source :  Talic etal, 2023)

.

(source :  Hong etal, 2023)

.

pada kondisi tertentu, hal lain yg perlu diperhatikan adalah definisi sumbu lokal elemen, perlu orientasi jika arah longitudinal tidak sejajar sumbu-X global. Mengenai kriteria leleh dalam CalculiX masih menggunakan Mises bukannya Hill's yg tidak bergantung tegangan arah sumbu lainnya, kriteria kerusakan (damage) juga tidak dapat diterapkan seperti yg sudah ada pada Abaqus. Kedepannya mungkin library material dari TFEL/MFront dapat menutupi kekurangan tersebut dan dapat saja lebih baik.