suatu perbandingan untuk element shell continuum

model struktur yg di analisa, balok baja tapered dengan:

• bentang 900mm


• flens, 200x20mm


• webs 300x10mm (support) 150x10mm (end)


• beban merata pada top flens (w=1.0 N/mm^2)

.

diterapkan offset pada top flens,

.

ditinjau perbandingan model dgn menggunakan berbagai element yaitu: shell standard (mindlin), shell continuum dan brick/solid semuanya jenis quadratic (extra mid side nodes). perbandingan hasil tersebut adalah pada kekakuan (deflection) kekuatan (max mises stress) dan kestabilan (buckling)

hasil menggunakan element shell standard (mindlin) LISA-FET/MW

.

.

menggnakan element shell continuum (CalculiX)

.

.

.

menggunakan element brick/solid,

.

.

.

pada analisa tekuk linear (Eigen buckling) solver LISA-FET/MW tidak dapat menerapkan offset pada element shell, berikut hasil tanpa adanya offset

shell standard,

.

shell continuum,

.

perbedaan pada berbagai penggunaan elemen tsb menunjukkan hasilnya mendekati sama antara satu dgn lainnya, ada sedikit perbedaan pada hasil tegangan maksimum dan nilai beban tekuk. biasanya akurasi ditunjukkan oleh penggunaan element solid quadratic (HEX20 atau C3D20), terlihat element shell continuum lebih akurat hasilnya dibandingkan elemen shell standard (mindlin) dan menunjukan hasilnya mendekati element solid. namun jika berorientasi untuk desain atau review, maka penggunaan elemen shell standard hasilnya akan dalam batas bawah (lower bound) yg menjadikan masuk kriteria aman (safe). hal tersebut untuk tujuan praktis, atau lainnya mungkin berpandangan beda lebih ke analitis: accuracy first-safety factors later.

analisa dgn memperhitungkan nonlinearitas material, peningkatan factor beban sebesar 1,5x dan nilai tegangan leleh 250MPa

hasil menggunakan elemen shell continuum S8,

.

.

.

hasil menggunakan elemen brick/solid C3D20

.

.

.

untuk elemen jenis solid (C3D20) ditampilkan plot grafik defleksi vertical ujung balok tapered pada keadaan elastis sampai kondisi plastis sebagai berikut,

.

nilai defleksi vertical pada kondisi plastis tidak berbeda signifikan anatara hasil penggunaan elemen shell continuum (S8) dan elemen solid (C3D20), namun pada plot distribusi tegangan dan regangan plastis hasilnya cukup berbeda.



... need to be added,

• nonlinear buckling with geometric imperfections


• considering initial residual stress(?)

Read More

permulaan simulasi struktur dgn OpenSees #2

melanjutkan sebelumnya, contoh penggunaan program OpenSees untuk rangka batang atau truss 2 Dimensi dengan perbedaan luas penampang elemen batang. secara model tentunya lebih sederhana, namun jika digunakan member end release akan lebih rumit walau jenis analisa hanya linear statis biasa. diperlukan adanya extra nodes dengan koordinat yg coincident atau doble nodes yg mana hal ini biasanya tidak diperkenankan pada program analisa struktur biasa berbasis grafis. diterapkan juga constraints DoF's adanya master dan slaved nodes.

.

hasil keluaran program analisa struktur lain (linear statis)  yg berbasis grafis, defleksi dan reaksi tumpuan.

.

.

Gaya aksial

.

penomoran node dan elemen sebagai acuan data masukan program OpenSees,

.

Data masukan,

.

hasil keluaran,

.

.

hasilnya sudah sesuai, jadi input data masukan saya sudah sama. output display pada elemen truss ditampilkan langsung nilai besaran gaya batang berikut notasi tanda negative (tekan/compression) dan positif (Tarik/tension)

.

file keluaran dalam format xml,

.

.

.

untuk menampilkan hasil gaya dalam elemen pada koordinat local members, diberikan perintah masukan berikut,

.

hasil file keluaran dlm format xml,

.

... need to be add,

• using member end release for diagonal & vertical member only


• chord member span loads


• tension or compression  only truss members


• another example for 3D truss for inelastic analysis and large deflection


• 2D steel frames with semi rigid end connections

Read More

permulaan simulasi struktur dgn OpenSees #1

sejenak sya teringat kembali ke belasan tahun yg lalu saat berjam-jam didepan komputer teman yg sya install SAP90 versi DOS. kapabilitas program tersebut masih linear (material&geometry) kalaupun ada yg advanced saat itu adalah analisa dinamis (Respose Spectrum & Time History) dan lainnya P-delta analisis. berbeda keadaannya dgn saat ini sya berhadapan dgn kotak hitam (black-box) nya OpenSees dari PEER karena kapabilitasnya yg sudah state of the art analisa nonlinear yg sudah banyak di benchmark dgn hasil test labs struktur di berbagai universitas di US dan negara lain.

.

kebiasaan sya pribadi adalah tahap modeling, running dan interprestasi hasil struktur dimulai dari yg sederhana. kompleksitas model saya lakukan secara bertahap, ini tujuannya agar masih dalam perkiraan atau ekspektasi sdiri dulu. missal pada model sebelum 3D kompleks sya buat penyederhanaan 2D dulu dgn merujuk pustaka textbook yg sdah ada jawababnya. lainnya mengenai beban gempa sebelum analisa dinamis (RS/TH) sya akan menganalisa dulu dgn static ELF. mengenai material dan geometry sebelum nonlinear sya tempuh liniear terlebih dahulu.

.

(sumber: McKenna, 2012)

Dibalik kotak hitam OpenSees yg sgt sederhana tsb menyimpan banyak sekali kerumitan karena kapasitasnya yg ditujukan untuk analisa nonlinear (1D fiber beam, 2D plate/shell & 3D Solid brick element) static dan dynamic analyis. setting solver saja ada banyak strategi algorithma untuk mencapai konvergensi atau kalaupun tidak masih dalam batas reliable (?). Sebenarnya kalo hanya sekedar kenal dan tahu serta sekilas mempelajari dokumentasi dan contohnya itu sudah lama juga.. jaman sya masih di kampus sudah ada OpenSees, namun karena program SAP baru mengeluarkan versi windows maka saya monomer-duakannya, selain alasan tersebut sya saat itu berorientasi sebagai perencana (engineer) bukan peneliti (researcher) walau belakangan sya tahu itu tidak terlalu berbeda jauh untuk suatu kondisi. seperti pepatah yg saya dapat, "mata kail & ikan: yg memiliki, menggunakan dan memberi."

Ditinjau portal sederhana berikut, awal adalah jenis analisa yg masih linear. Material beton bertulang dengan dimensi balok (30x50cm) dan kolom (40x40cm).

.

hasil output diagram dari program analisa struktur,

.

.

defleksi dan reaksi tumpuan

bending moment diagram, M (kN-m)

shear force diagram, V (kN)

axial force diagram, P (kN)

Pada program analisa struktur berbasis grafis (Graphical User Interface) biasanya penomeran joint dan elemen tidak perlu diperhatikan karena sudah ditentukan otomatis oleh program. Berbeda dgn OpenSees yg berbasis teks (Text User Interface) hal tersebut perlu ditentukan manual oleh user kecuali lainnya menggunakan pre-post processor yg sudah dapat mengkonversi file dari program lain seperti SAP atau Dxf. Berikut penomoran yg sdh ditentukan oleh program sebelumnya dan dibuat acuan data masukan program OpenSees,

.

data masukan text sebagai berikut dalam format *.tcl, sebenarnya dapat dibuat parametric karena input adalah dalam bahasa scripting Tcl buatan awal dari universitas Berkeley,  misal pada elemen cukup ditentukan dimensi penampang saja dan setting rumus properties atau lainnya modulus elastisitas dgn data masukan mutu beton saja. namun kali ini sya tidak tempuh parametric tsb untuk tujuan kejelasan sehingga tidak rumit tampilannya.

.

Keluaran program saat dilakukan running,

.

terlihat hasil OpenSees sudah sesuai dgn ekspektasi sebelumnnya dgn program analisa struktur linear lain berbasis grafis yg dapat diartikan data input sya buat sudah sama. pada hasil keluaran tsb yg perlu diperhatikan adalah tanda positif dan negative yg mana ini berdasarkan orientasi elemen pada penentuan node ujung satu (i) dengan ujung lainnya (j).

untuk menampilkan hasil keluaran perletakan perlu ditambahkan perintah berikut,

.

akan menyimpan file keluaran tsb pada folder yg sama dgn data masukan, hasilnya dapat dibuka dengan text editor/viewer.

.

.

.

hanya ditampilkan baris angka tanpa keterangan pemisah apalagi satuan :) hal ini memang sesuai bahwa program hanya tool tergantung bagaimana user menentukan. jika diperhatikan urutan node output (ID's & DoF's) sesuai yg diperintahkan pada command input, untuk element nodal end forces urutannya adalah Gaya geser (V), aksial (P) dan momen (M) pada elemen 1(i,j) 2(i,j) dan 3(i,j)

diberikan perintah untuk hasil keluaran yg lebih lengkap dgn format xml,

.

.

.

.

untuk menampilkan hasil gaya dalam elemen pada koordinat local members, diberikan perintah masukan berikut,

.

hasil keluaran dlm format xml,

.

untuk memasukan pengaruh deformasi geser perlu menggunakan Elastic Timoshenko Beam Column Element dengan menggunakan perintah berikut,

.

hasil keluaran setelah running ulang,

.

hasil nilai besaran dan urutan keluaran tampilan gaya ujung elemen agak berbeda dgn sebelumnya yaitu: Gaya geser (V), aksial (P) dan momen (M). kelebihan lainnya adalah keluaran gaya reaksi tumpuan yg sudah ditampilkan langsung.

mencoba menampilkan hasil secara grafis dgn perintah berikut, namun gagal hanya flicker sesaat lalu windows tertutup lagi. mungkin feature ini sudah dihapus pada versi terbaru (?)

.

mencoba dgn program lain yaitu OpenSees IDE dari McKenna (2016) namun hanya ditampilkan konfigurasi node dan elemen saja,

.

gaya dalam yg didapat dari program OpenSees hanya pada end joint members, perlu postprocessing dgn prinsip analisa statika atau numerik metode matriks hubungannya dgn member end forces dan beban elemen. hal tersebut untuk mengetahi distribusi gaya dalam elemen sepanjang bentang. cara lain adalah dgn memecah elemen tsb (meshing) namun kurang effektif hanya menambah jumlah nodes yg konsekuensinya adalah persamaan dan waktu penyelesaian solver.



... need to be add,

• output display for deformed shapes etc (?)


• point load at specific length of members


• member intersection, rigid zone offset


• 2D truss analysis and beam/column with member end release using extra nodes and constraint


• 2D steel frames with semi-rigid end connection


• mass definition and modal analysis


• P-delta analysis for both global and local effect


• elastic analysis of simple 2D multi storey and multi bays building with load combinations (gravity & lateral), design requirement for RC beams and column


• nonlinear analysis (static Pushover & dynamic Time History) using beam/column fiber element with reinforcement previously defined.


• redesign and review using steel & composite design of members.

Read More