aplikasi mekanika material komposit

pada analisa non-linear portal beton bertulang untuk elemen balok dan kolom banyak menggunakan model balok pias (fiber) sedangkan untuk pelat slab dan dinding geser menggunakan model pelat pias (laminate/layered).  berikut implementasi oleh beberapa peneliti,

(sumber: Vecchio et al, 1993)

.

(sumber: Barrales, 2012)

.

.

(sumber: Schnobrich, 1990)

.

(sumber: Wang, 1992)

.

(sumber: Lu, 2014)

.

sedangkan jika merujuk pada teori mekanika material komposit, ada sedikit perbedaan pada penentuan definisi kepemilikan material pengaruhnya terhadap kekakuan (stiffness) dan kekuatan (strength) pada dua arah ortogonal elemen fiber tersebut.

.

(sumber: Kulíšek, 2016)

(sumber: Ghasizaeidi, 2006)

.

dimana :

• model oleh Vecchio dan Barrales hanya untuk pelat beton dengan tulangan pada lapis atas atau bawah yg sama pada arah longitudinal & transversal
• model oleh Wang, Schnobrich dan Lu dapat untuk pelat beton dengan tulangan pada lapis atas atau bawah yg berbeda pada arah longitudinal & transversal, 
• model dengan merujuk teori mekanika material komposit lebih lengkap dalam mewakilkan kepemilikan setiap lapis (layers) baik itu arah yg ditinjau maupun arah ortogonalnya. pada software FE advanced seperti Abaqus/CalculiX kepemilikan nonlinearitas material juga terlihat dapat ditentukan.

.

(sumber: Dhondt, 2019)

.

implementasi teori pelat laminated/layered komposit pada metode elemen hingga biasanya untuk element 2D tegangan bidang (plane stress), pelat dan cangkang (shell) sehingga mempunyai kekurangan pada masalah tegangan kompleks tiga dimensi 3D seperti adanya tegangan konsentrasi geser pons dan torsi. hal tersebut sekilas mungkin dapat dilihat dari perbandingan hasil analisa dan eksperiment dari Vechio diatas yg over-estimates, dan kemudian dikembangkan perbaikannya oleh rekan penelitian untuk keadaan tersebut (Polak,2005). beberapa software FE advanced seperti Abaqus/CalculiX dan Ansys mempunyai jenis elemen 3D continuum shell atau solid-shell composite untuk menjangkau masalah tersebut. 

Read More

reduksi solver FE dengan kondisi simetri

untuk mereduksi waktu penyelesain yg dibutuhakan solver FE, sebanyak mungkin memanfaatkan dan menggunakan kondisi simetri pada model sehingga analisa kontak dan plastisitas dapat lebih cepat diselesaikan mencapai konvergensi. misal pada contoh model berikut, karena kondisi simetris dapat dimodelkan cukup hanya seperempat bagian saja.

.

.

.
(sumber : Albaine, 2012)
.

.

.

berikut hasil analisa model penuh jenis analisa kontak dengan deformasi besar namun material masih diterapkan elastis, elemen jenis tetrahedral quadratic untuk kecepatan otomatisasi meshing. solver FE CalculiX berjalan cukup cepat hanya butuh puluhan detik saja untuk model tersebut. dimensi dan satuan lain sya buat dalam SI dengan konversi karena keterbiasaan.

.

.

.

.

.

.

pelat gusset sisi kiri bagian atas dan beberapa baut tidak ditampilkan untuk kejelasan distribusi tegangan pada pelat gusset sisi kanan.

.

terlihat baut masih dalam kondisi elastis belum mencapai nilai leleh untuk mutu baut A325, ini disebabkan penyederhanaan pemodelan sya pada badan baut (shank) tidak memasukkan panjang drat (thread) dan diameter effektif baut daerah tersebut (~80%), perlu faktor koreksi dengan peningkatan sebesar ~1.25.

.

.

selain hal tersebut, kekakuan baut dan interaksi kontak dengan pelat bawah aktualnya akan sedikit berbeda.

.

.

.

berikut hasil analisa dengan meninjau pengaruh nonlinear material (simple bilinear elastoplastic with strain hardening),

.

.

.

.

.

.

.

model dibuat hanya seperempat bagian dengan menerapkan kondisi batas simetris. solver berjalan cukup lama sampai belasan menit, mungkin dikarenakan kondisi baut tepi yg cukup dekat dan mengalami jalur leleh, selain itu adanya iteraksi kontak dan lentur akibat eksentrisitas. setelah ditinjau ulang dengan mesh lain, diperkirakan oleh distorsi mesh akibat deformasi plastis pada sisi ketebalan karena hanya satu lapis.

.

.

.

.

.

.

.

.

terlihat dominasi kegagalan adalah bagian pelat pada baut tepi terluar karena jarak dengan lubang cukup dekat, regangan plastis equvalen maksimum pada nilai 4%

Read More

titik pertemuan suatu garis dengan bidang 3D

titik pertemuan sebuah garis (line) dengan suatu bidang (plane) yg ditentukan oleh koordinat tiga dimensi dapat dicari pada keadaan sembarang.

.

.

.

terlihat hasilnya sudah sesuai saat diplot dengan program CAD, dicoba dengan bidang yg mempunyai kemiringan (sloped)

.

.

.

.

.

sekilas sudah benar posisi titik pertemuannya, sya kesulitan plot garis tiga dimensi karena keterbatasan penggunaan operasi fungsi trim/extent pada CAD standard yg hanya bekerja pada bidang 2D working plane.

lainnya algorithma yg belum berhasil & bekerja sesuai adalah titik lengkung perpotongan dua buah pipa tiga dimensi (tube intersection) dengan sudut poros sembarang, mungkin dengan pendekatan lain menggunakan segmental arch yg halus pembaginya (smooth polygonal).

Read More

model baut dengan sedikit gaya prategang awal

pemodelan baut sebenarnya cukup rumit, adanya transfer gaya melalui drat (thread) dan mur (nut), luasan effektif pada panjang tertentu (shank), lubang oversized untuk pelaksanaan ataupun jenis sloted, ketidak simetrisan profil yg disambung, sedikit gaya prategang awal pada saat pengencangan ataupun prategang penuh pada jenis baut friksi dan masalah lain-lain. perlu beberapa penyederhanaan untuk tujuan kecepatan analisa, cukup beberapa hal utama saja yg ditinjau diantaranya adalah luas badan baut effektif dan gaya prategang.

.

.

ditinjau contoh sederhana seperti gambar diatas, jenis analisa nonlinear contact dengan memperhitungkan nonlinearitas material. digunaka mutu material profil tegangan leleh fy=240MPa dan mutu baut fy=550MPa dengan model material simple bilinear elastoplastis dengan strain hardening. diterapkan gaya prategang sebesar ~6% kuat leleh baut, dikerjakan pada permukaan ujung badan baut dan pada permukaan mur (nut) yg mempunyai arah berlawanan dengan nilai yg sama.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

terlihat untuk keadaan baut pada profil yg tidak simetris akan mengalami lengkung (bowing) solver juga berjalan lebih lama dibanding sebelumnya sya mengasumsikan sambungan tied/bonded pada permukaan bolt head & nut yg bertemu dengan permukaan profil. dengan artian gaya prategang tidak selalu menjadikan permukaan pertemuannya tersebut atak tertekan dan menempel, untuk keadaan tidak simetris terjadi kontak terangkat seperti deformasi pada gambar terakhir diatas.

Read More