program bantu analisa struktur untuk penelitian

sebelumnya sya menulis mengenai program bantu untuk pembelajaran yaitu LESM yg cukup sederhana, lingkup penelitian analisa struktural sangat luas jika dikembangkan lebih lanjut mengenai stabilitas, kerusakan retak, leleh material, susut atau rangkak, kontak bidang, pngearuh suhu, interaksi dgn tanah atau fluida, dll. Saat ini banyak program opensource untuk solver yg mempunyai kemampuan tersebut, namun sya lihat yg menyediakan pre dan processor dgn grafis interakyif sangat lengkap adalah Code_Aster dari EDF. Pelatihan secara profesional berbayar banyak diadakan seperti di negara China, Itali, Swedia, Jerman dll, tetapi software itu sendiri adalah opensource dan masih ada dukungan komunitas secara cuma-cuma.

.

.

sya dulu juga sempat menggunakannya terutama pada modelisasi dan meshing Salome CAD/CAE, sedangkan untuk solver Code_Aster hanya sebatas elastis linear itupun bantuan wizard. Saat itu kesulitan karena dokumentasi dalam bahasa Perancis, jika diterjemahkan dengan mesin translate bahasanya agak membingungkan. Keadaan berbeda dgn sekarang, hasil terjemahan cukup baik, tutorial semakin banyak, dukungan komunitas dgn forum. Pekerjaan full time sys sebagai perencana struktural di kantor juga menjadi kendala untuk mempunyai dedikasi khusus mempelajarinya, beruntung ada pilihan lain yg opensource juga yaitu CalculiX beserta konversi mesh hasil Salome CAD/CAE. Solver elemen hingga CalculiX menggunakan bahasa yg sama dgn Abaqus, sedangkan Abaqus sendiri mirip dengan SAP90 yg pernah sya ikuti suatu pelatihan atau kursus sehingga lebih memungkinkan bagi sya saat itu untuk lebih cepat memahami dan menggunakannya. Perusahaan tempat sya bekerja adalah berfokus pada design-build struktur baja, jadi CalculiX dgn kemampuan kontak, plastisitas daktail dan deformasi besar (stabilitas) dipandang lebih dari cukup untuk membantu memberikan semacam panduan desain khusus yg sya hadapi. Belakangan dukungan untuk material plastisitas getas seperti beton dan tanah lebih baik dan juga adanya library MFront.

.

(source :  S. Michel-Ponnelle - EDF, 2024)

.

.

OpenSees juga solver yg advanced untuk bidang teknik sipil/struktural namun untuk interface grafis pre-post processor kurang memadai dan memang kelihatannya berfokus pada solver saja. Seabagai contoh balok/kolom beton bertulang dengan pemodelan elemen one dimensional (beam) model fiber diatas, diterapkan kepemilikan material nonlinear juga tersedia pada Code_Aster, belum lagi plot tingkat kerusakan (damage index) untuk menampilkan pola retak pada model solid element tiga dimensi, pembesian tulangan tertanam (embeded) dan juga strand prategang. Pembesian elemen shelll, balok dan kolom beton bertulang biaxial juga belakangan tersedia untuk peraturan Eropa. Kiranya bahasa bukan menjadi kendala, karena sifatnya adalah kata kunci saja atau keyword, pesan kesalahan di solver juga masih dapat diterjemahkan. Sistem operasi Windows tersedia belakangan, improvisasi solver dengan multi-core didukung (link)

.

.

.

.

.

.

.

yg cukup banyak berbeda dengan dulu sebelumnya adalah module Shaper pengganti Geom untuk modeling secara parametrik penuh dan AsterStudy untuk penentuan kondisi batas, beban, bidang kontak dan definisi material. Data blok masukan (sisi kiri atas) dapat diakses dan dilakukan editing secara manual typing (sisi kiri bawah) atau dengan menu (sisi kanan). Feature tambahan dan perbaikan terus dilakukan setiap tahunnya oleh EDF karena memang proyek yg berkelanjutan dgn dukungan pendanaan pemerintah.

.

.

.

contoh test case bawaan instalasi yg jumlahnya ribuan dapat dibuka dan dijalankan untuk melihat steps dan keyword apa saja yg digunakan untuk masalah yg sedang ditinjau, sangat berguna untuk pembelajaran mandiri dalam menghindari kesalahan ketik data blok masukan yg ketat (syntax errors)

.

.

kemampuan lain yg jarang dimiliki solver opensource adalah interaksi struktur dengan fluida (fluid structure interaction) dan untuk ini perlu program lain yaitu Code_Saturne yg sama-sama dikembangkan oleh EDF sehingga lebih menjamin kompatibilitasnya. Analisa jenis interaksi struktur dgn tanah (soil structure interaction) masih dapat dilakukan sendiri cukup dengan Code_Aster.

.

.

kedua program bantu analisa struktur (mekanika teknik dan  interaksi fluida) tersebut sudah sangat lengkap bahkan kompleks atau rumit sekali didalamnya, hasil pengembangan sejak awal tahun milenium yg kemudian dibagikan secara cuma-cuma dan digunakan secara bebas oleh Électricité de France sebuah perusahaan resmi milik pemerintahan di negara Perancis. EDF berfokus pada design-build sedangkan untuk software lebih cenderung memanfaatkan dan mengembangkan teknologi opensource yg ada untuk kembali dibagikan kepada publik. Walaupun judut tulisan ini adlah program bantu untuk penelitian, namun dapat juga untuk perencanaan maksudnya desain yg dilaksanakan lebih teliti analisanya seperti tujuan software ini dibuat untuk perencanaan dan pembangunan proyek penting atau kritis.

Read More

rujukan dokumen contoh dan verifikasi FE tingkat lanjut

secara umum program bantu dgn elemen hingga jadi (linear dan nonlinear) yg ada dipasaran mempunyai kemampuan yg sama, beberapa yg khuuus ada pada software tertentu. Hal yg cukup berbeda signifikan tiap program tersebut adalah antarmuka grafis pengguna dalam pemodelan geometry, meshing, definisi kondisi batas (pembebaban dan tumpuan), material dan bidang kontak jika ada. Hal tersebut menjadikan rujukan perbedaan program dapat berguna untuk yg lain, mirip pengecekan secara terpisah namun pararel dgn tujuan atau target hasil yg sama atau mendekati. Jika dulu hanya sebatas elemen linear rangka batang, portal kaku dan pelat atau cangkang untuk beban statis dan dinamis namun saat ini berkembang sangat pesat sampai nonlinearities material dan geometry, siklis, kerusakan atau damage, kontak, dll. Program bantu yg advanced tersebut menyediakan dokumentasi yg dapat digunakan sebagai perbandingan dengan software lain. Dalam tiap masalah yg ditinjau juga diberikan penjelasan batasan dan asumsi yg digunakan dan dapat saja berbeda dgn rujukan asli atau software lain yg anda gunakan.

.

(source; StruSoft, 2024)

.

diatas adalah quotes dan screenshot dari salah satu program advanced, hal tersebut juga sudah selaras yg disampaikan E. L. Wilson (1998) yg menyebutkan pentingnya analisa nonlinear statis dan dinamis dalam perencanaan struktural: beban gempa, interaksi struktur dgn tanah, deformasi besar, dll. Lainnya yg menyatakan pentingnya analisa nonlinear adalah R. D. Ziemian (2008) bahwa setidaknya deformasi besar dan plastisitas penampang pada portal baja tiga dimensi perlu ditinjau, stabilitas member atau komponen (balok/kolom) dan global juga. Mengenai pembebanan angin dan ombak juga sudah disampaikan seperti oleh C. Katz (2012) mengenai penggunaan alat bantu CFD tujuan tersebut seperti yg ditempuh oleh Robot SA, SOFiSTiK Ag dan terakhir sya lihat adalah ConSteel. Disayangkan juga apabila ada sebagian bahkan ahli struktur yg menganggapnya tidak penting, kelamaan, ngga ada fee timbal balik, terlalu rumit, lisensi software mahal, dll padahal kondisi sekarang sudah berbeda dgn jaman dulu. Sebagai contoh adalah IDEA StatiCa yg memanfaatkan teknologi (hardware/softaware) saat ini yg memungkinkan analisa nonlinear struktur baja dan beton bertulang dgn template dan modifikasi interaktif. Perencana yg fresh graduate saja dapat mengoperasikannya, tanpa perlu training khusus untuk elemen hingga nonlinear: modeling, meshing, contact surface, material models, concrete triaxiality and confinement. Kondisi kemajuan teknologi ini memungkinkan untuk kedepannya peraturan perencanaan struktural beradaptasi, analisa nonlinear dapat saja sesuatu yg wajib.

.

(source: Électricité de France ,2020)

.

Kebanyakan developer menggunakan rujukan pustaka resmi NAFEMS sebagai acuan, nmun juga ada yg langsung dgn hasil laporan penelitian karena kondisi nonlinearitias. Program bantu (advanced) elemen hingga berikut banyak berasal dari negara Eropa beserta rujukan peraturan perencanaan untuk struktur baja dan beton bertulang, namun karena yg ditinjau adalah nonlinearitas maka sifatnya dapat umum (kapasitas beban ultimit diketahui, dimensi dan mutu material). 

• LUSAS Version 21.0 Worked Examples (link)
• Abaqus Verification Guide (link)
• AxisVM Verification examples (link)
• SeismoStruct Verification Report (link)
• TNO Diana Verification Report (link)
• ConSteel Verification Manual (link)
• IDEA StatiCa Verifications (link)
• FEM-Design Verification Examples (link)
• SOFiSTiK AG, Verification Mechanical Benchmarks (link)
• Code_Aster Validation, Advanced FE models (link)
• Altair Radioss, Verification Problems (link)

Read More

pilihan lain bahasa pemrograman scripting

.

program interpreter yg sudah ada sebelum Python adalah Matlab, terpaut sedikit dalam periode tahun 80-an seperti ditunjukkan oleh screenshot diatas oleh Cleve Moler dari MathWorks. (2018) Tujuan awal memang kelihatannya berbeda, Matlab untuk analisa numerik dan perhitungan matriks sedangkan Python untuk pengolahan data dan manipulasi string walau belakangan banyak library tambahan untuk sains dan matematika, menjadikannya kurang dikenal dikalangan peneliti dan akademik. Waktu dulu sya lebih memilih Python karena lebih sederhana dan juga IDE yg sya gunakan yaitu Wings lebih baik hasil proses hitungan dapat ditampilkan langsung disisi kanan, walau secara kecepatan Python lebih lambat, semuanya berbeda cerita setelah ada SMath yg berorientsi lembar kerja matematika apa yg anda ketik tulis adalah apa yg akan anda dapatkan hasilnya ditampilkan langsung WYSWYG. 

.

.

Matlab program closed-source dan komersial yg mungkin hanya dimiliki dan diakses dida;am laboratorium kampus, sebagai pengganti yg mempunyai karakter dan feature yg sama seacra umum adalah Scilab. Saat ini sudah banyak tulisan dan video tutorial mengenai penggunaan program Scilab termasuk yg ada dalam halaman website resmi (link) ini maka sya hanya menunjukkan proses instalasi saja yg memperlihatkan library canggih MKL Pardiso untuk operasi matematikanya. Jika dibandingkan dgn GNU Octave mempnuyai kekurangan tidak dapat membuka, mengedit dan menjalankan script Matlab secara langsung namun bahasanya secara umum mirip. Tahun belakangan Scilab sudah diakuisi oleh Dassault Systemes (DS) yg sya tidak begitu paham arahnya, tapi ya tetap opensource dan tdiak akan berubah.

.

.

.

.

.

sya banyak melakukan verifikasi dan extensi pada desain struktural maka sebenarnya program Scilab ini terlalu canggih, dalam desain hanya dibutuhkan pengolahan data, aritmatika biasa, pencabangan dan iterasi serta manipulasi string dan plot grafik. Sisi lain diuntungkan juga karena semua itu sudah tersedia di Scilab, tidak seperti Python yg membutuhkan library tambahan. Kedua software tersebut bebas di-download, digunakan dan dibagikan serta sama-sama mempunyai dukungan komunitas yg kuat kiranya tidak perlu dipermasalahkan dan diperdebatkan mana yg terbaik, walau untuk berbagi script program Scilab yg mirip dgn Matlab akan lebih familiar untuk pengguna lain lebih luas jangkauannya, dapat digunakan sebagai mock-up untuk dibuat konversi ke bahasa lain misal C/C++/C# atau Fortran(new) karena bahsanya juga readable dan hampir mirip untuk pengguaan tingkat dasar-menengah seperti desain struktural. Negara Perancis dan India menggunakannya sebagai alat bantu perhitungan matematika secara resmi untuk sirkulasi penelitian dalam pemerintahan dan pendidikan, ada dana khusus untuk program tersebut. Buku ajar yg terdapat contoh persoalan diselesaikan dgn Scilab dan disebarkan cuma-cuma (link) untuk dipelajari dan digunakan.

.

.

.

.

.

.

diberikan contoh sederhana diatas yg berfungsi sebagai kalkulator, variable pada script dapat dirubah dan cukup re-running untuk menampilkan hasil pada tabel Variable Browese sisi kanan. Jika ingin ditampilkan dilayar langsung tidak dapat menggunakan atau tidak untuk tanda semicolon pada akhir baris seperti pada Matlab/Octave. Keluaran text dan monitor yg mempunyai format khusus dan tambahan keterangan perlu dibuat, terlihat bahasannya mirip Ansi-C dan Python. Formated print dapat digunakan untuk tampilan dilayar serta file keluaran dalam format text jika perlu, perintahnya juga mirip dgn bahasa pemrograman lain tersebut.

.

.

.

tampilan IDE dapat disederhanakan seperti berikut hanya 2(dua) antarmuka dgn cara drag windows posisi yg berwarna biru, sisi kiri adalah SciNotes dan sisi kanan adalah Console untuk tampilan keluaran hasil. Daftar ikon menu diatasnya akan secara automatis menyesuaikan tampilan windows yg sdg aktif.

.

.

.

kekurangan pemrograman scripting berorientasi numerik dan matrik seperti Matlab atau Scilab adalah menampilkan rumus matematika secara natural, namun hal ini masih diberikan dengan komentar dalam format LaTex dan akan tampil preview jika kursor berada di baris tersebut.

.

.

kelebihan Scilab dibandingkan dengan Python adalah penggunaan fungsi plotting yg sering diperlukan untuk tampilan hasil keluaran maupun data masukan, ini sudah tersedia secara default bawaan tanpa perlu libraray khusus. Lainnya adalah operasi matriks dan metode numerik atau statistik, kesemuanya sudah tersedia. Dibawahi adalah contoh fungsi plot dgn perintah cukup sederhana, dapat untuk tampilan data masukan seperti bentuk profil penampang kolom baja, hasil konfigurasi pembesian tulangan balok/kolom dan juga diagram kapasitasnya. Hasil plot dapat disimpan dalam format vector graphics yaitu SVG untuk kemudian digunakan dgn disisipkan pada dokumen dgn word processor seperti LibreOffice Writer atau MS Office Word.

.

.

.

berikut contoh lain untuk pencabangan dan iterasi yg biasa ditemukan pada tahap desain elemen struktural seperti beton bertulang dan baja.

.

.

.

disediakan juga aplikasi untuk konversi dari Matlab ke Scilab, dapat digunakan untuk source yg tidak bergantung toolboxes 

.

.

program sejenis Matlab atau Scilab tidak mendukung satuan atau units dan sebenarnya ini sudah sesuai dengan buku ajar atau perencanaan desain struktural dimana satuan harus konsisten, baik itu sebagai variable data masukan serta rumus dan hasil keluaran. Jika masih memerlukan untuk tujuan itu dapat menggunakan toolboxes tambahan, spreadsheet seperti Calc (LibreOffice) dengan fungsi convert atau program yg lebih lengkap seperti ConvertAll (link). Kesemua program yg sya bicarakan adalah opensource dan tersedia juga untuk Linux secara utuh dan lengkap.

.

.

.

Read More

program bantu analisa struktur untuk pembelajaran

pengalaman sya dulu belajar analisa struktur sifatnya adalah wajib bahkan dimulai analisa struktur tingkat 1(satu) sampai 7(tujuh) masisng-masing berbobot 3(tiga) seingat sya, yg terakhir adalah metode elemen hingga (MEH) belum lagi tugas besar lain yg melibatkan ini seperti struktur beton, baja dan kayu serta jembatan. Saat itu mempelajari program bantu analisa struktur jadi berbasis matriks kekakuan  dan elemen hingga seperti SAP2000, ETABS dan STAAD bukan suatu keharusan, walau pelatihan diluar jam pelajaran disediakan juga oleh pihak kampus. hal tersebut sudah sesuai prinsip kemandirian dan kebebasan kampus yg tidak terpengaruh oleh politik, militer dan industri/bisnis. Kondisinya sya lihat berbeda dgn saat ini, cukup memprihatinkan jika kampus yg seharusnya mandiri dan bebas didominasi oleh suatu produk alat bantu tsb. Alasanya klasik yaitu lisensi penggunaan software tersebut tidak bebas, jika memang pihak kampus sudah membeli versi edukasi SAP2000 atau ABAQUS juga tetap mempunyai batasan yaitu hanya dapat dipakai di laboratorium komputer penggunaan internal, tidak dapat digunakan untuk belajar mandiri siswa dirumah. Memang masih ada versi lama 6/7 dari SAP2000 yg educational (limited 30nodes) sedangkan versi pelajar atau student (limited 100nodes) memang berlisensi/berbayar dan yg ada tersebar sudah terlalu lama karena didesain berjalan pada sistem operasi Windows 98 dikhawatirkan tidak kompatibel lagi kedepannya. Hal lain kekurangannya adalah topik lain dalam analisa struktur seperti sambungan baja tidak kaku penuh (semi-rigid) atau pembesian pelat/cangkang beton bertulang pada SAP2000 versi lama (link) tidak tersedia.

.

.

sebenarnya pelajar hanya membutuhkan verifikasi mandiri karena dalam pelajaran analisa struktur sudah diberikan banyak metode untuk itu, pemahaman langkah demi langkah tahapan pembebanan dan analisa struktur serta desain elemen lebih ditekankan. Jadi kalau menggunakan program jadi seperti ETABS, TEKLA Structural Designer, PROTA Structures atau SANSPRO yg semua sudah banyak serba otomatis sampai pondasi dan gambar pembesiannya tentunya akan membuat ketergantungan dan berkurangnya kreativitas dalam mengembangkan pengetahuan. Kenapa tidak sekalian aja ada Universitas Komputer dan Struktural (UKS) atau Computer and Structure University (CSU) didirikan? kelihatannya akan banyak peminatnya dan terkenal seperti di TUM (link). Benar program bantu itu produk teknologi yg akan digunakan dalam dunia kerja, namun menjadikannya kurikulum wajib pastinya akan membingungkan dan persaingan produk antar pengembang. Ingatan sya pada seorang senior menengah dulu saat berbincang merencanakan suatu bangunan industri di Jakarta, saya disindirnya dgn candaan kurang percaya diri sudah menghitung dan mendesain ditanya fee sama owner untuk lanjut pelaksanaan namun tidak mau (pondasinya ditawar). Beliau sampaikan ini desainnya sya robah dikit ya biar kliatan kerja konsultannya, tadinya mau disamain.. trus fee sya ambil ya hehehe gitu, bapak (sya) dan perusahaan ambil cari sendiri ya di pelaksanaan karena posisi design-build awalnya. Selain itu obrolan mengenai alat bantu tersebut, kita sebenarnya mirip operator komputer pak semua sudah banyak otomatis maksudnya jika ada engiineer yg kompeten lebih dari satu sdg mereview suatu desain bangunan hasilnya akan mirip atau hampir sama jika model, kriteria pembebanaan dan dan peraturan perencanaan juga sama. Sebagai catatan, desain struktur atas kolom dan balok beton serta rangka atap baja hampir sama, perbedaanya pada pondasi saya murni mengandalkan pancang namun beliau mengkombinasikanya dengan daya dukung tapak, mirip piled-raft foundation pada bangunan tinggi, pilecap sya lebih tebal namun kecil sedangkan desainya pilecap adalah slab lebar namun agak tipis dengan jumlah pancang lebih sedikit (spesialisasi senior atas beliau). Pihak owner juga ada engineer yg mereview ulang keseluruhan, jadi satu bangunan direview keseluruhan oleh 3(tiga) perencana: sya (design&build) yg mengajukan, owner (independent) dan konsultan struktur khusus (senior expert, international class). Dari beliau juga saya ditekankan ulang untuk belajar lebih pentingnya konsep stability first dan plasticity formation untuk struktur baja (terima kasih banyak). 

Kembali lagi ke operator dari obrolan yg dimaksud tadi, jadinya terdengar agak lucu kenapa ngesap, ngga ngetabs atau ngestad, ngesans, ngeprota, ngetekla, ngabaqus, ngopensees, dll :) trus nanti yg jurusan arsitektural bagaimana kira kira, pilih AutoCAD, SketchUp, ArchiCAD atau Revit? memang sebaiknya jangan dimasukkan pelajaran karena pastinya akan memilih satu produk dan menyingkirkan yg lain yg membuat kecenderungan dan tidak netral.

.

.

aplikasi program pembelajaran seharusnya tidak harus setara aplikasi komersil untuk profesional, penekana pada tahapan perhitungan lebih diutaamakan, belum lagi batasan belajar mandiri. Alasan itu sya membuat tulisan mengenai program sejenis yg bertujuan untuk pembelajaran yaitu LESM yg mempunyai feature cukup lengkap untuk tujuan itu. LESM (link) dibuat oleh prof. Luiz F. Martha bersama  Rafael Lopez Rangel dkk, dengan toolbok Matlab namun didistribusikan secara cuma-cuma dan juga opensource, saat ini hanya mendukung elemen balok dan rangka batang sedangkan elemen pelat tidak tersedia,  namun dapat menggunakan pendekatan grillage analysis. Instalasi LESM membutuhkan Matlab Runtime Library R2019b seperti ditunjukkan berikut akan men-download secara otomatis, atau dapat dilakukan instalasi terpisah secara offline (link)

.

.

.

.

.

.

diatas adalah proses instalasi dan mencoba untuk menjalakan program untuk memastikan sudah berjalan dgn baik pada OS Windows, untuk pengguna Macintosh juga didukung. Setelah berhasil selanjutnya dicoba pada portal sederhana sbb.

.

.

.

.

.

data masukan berupa file neutral yg dapat dibuat secara manual atau hasil konversi model dari program lain seperti DXF untuk geometri model, sedangkan data keluaran LESM dapat disimpan dalam format text untuk kemudian dilakukan proses lanjut seperti desain elemen struktural dengan spreadsheet. Penggambaran denah dan portal juga dapat dibuat seperti yg disampaikan pada tulisan (link) sya sebelumnya. 

.

.

.

.

.

tampilan grafis model dan diagram hasil analisa dapat disimpan dalam format SVG beresolusi tinggi karena berbentuk vector graphics, EMF juga ada namun ukuran file akan cukup besar.

.

.

.

terlihat LESM sudah mencukupi untuk pembelajaran atau verifikasi mandiri hasil perhitungan tangan analisa struktur statis tertentu dan tidak tertentu secara dua dan tiga dimensi, analisa dinamik (ragam getar dan riwayat waktu) juga sudah tersedia. Jika dibandingkan dengan komersial mengenai solver saja yaitu pada analisa orde dua, response-spectrum dan rigid end offset namun masih memungkinkan dengan metode lain seperti fictitious lateral force methods untuk orde dua, perhitungan lanjut untuk response spectrum (modal combination) dan kekakuan ujung yg besar untuk rigid end zone. Karena ini adalah proyek opensource berkelanjutan maka tidak menutup kemungkinan feature tesebut akan ada kedepannya, atau anda sebagai pengajar kampus ikut berkontribusi? kalau sya pribadi yg diminati awal adalah modul desain baja, beton bertulang dan kayu peraturan Amerika/Kanada dan untuk itu perlu bahasa pemrograman yg sama yaitu Matlab, beruntung sekarang ada GNU Octave yg tersedia bebas dan sudah lebih kompatibel da juga baik interface nya.

.

.

.

.

.

.

.

untuk analisa struktur rangka kaku membutuhkan data kepemilikan penampang yg mana LESM belum memberikan untuk jenis penampang yg umum dipakai, berikut beberapa model beserta rumusan yg dapat dipakai.

.

catatan: bahasan diatas adalah untuk lingkup pembelajaran program bachelor's degrees yg umumnya ada sedangkang untuk program master atau doctor jurusan khusus kelihatannya memang perlu advanced  sepertu Abaqus, Ansys (commercial) atau pilihan lain CalculiX, Code_Aster (opensource)

Read More