Kamis, 14 Desember 2023

mesh bidang dengan file STL

format file STL banyak didukung oleh program CAD grafis 3D seperti Blender, SketchUp dan Form.Z baik itu untuk object bidang dan permukaan solid. Mesher Netgen dan Gmsh juga mendukung format tersebut, untuk object permukaan dapat menghasilkan quad-dominant dan full triangle jenis linear dan quadratic. Khusus untuk permukaan solid maka mesh yg dihasilkan hanya jenis tertrahedral namun sudah dapat quadratic dan mengikuti kelengkungan permukaan. Kelihatannya format STL mempunyai banyak keterbatasan, tidak sempurna seperti format standard Iges atau Step, namun tidak ada pilihan lain jika hanya jenis format tersebut yg didukung oleh program CAD yg digunakan. Selain hal tersbut, pertimbangan lain adalah hasil scanner 3D juga hanya mendukung jenis format tersebut. Kelihatannya sangat berguna untuk review, cukup dengan scan dan mungkin perbaikan tanpa memodelkan ulang dengan CAD, ketidak sempurnaan geometri juga akan tercakup.

.


.


.



.


.

Gambar diatas adalah contoh sederhana, object lingkaran didekati dengan 24 bagian tingkat kehalusan.  Dimensi panjang, lebar pelat dan lingkaran lubang juga ditampilkan. Sedangkan mengenai setting parameter pada prongam mesher Netgen yg sya terapkan adalah sebagai berikut. Hasilnya sudah cukup baik, pada daerah lengkung kurva lingkaran titik node tengah elemen quadrangle berada mengikuti geometri. Keadaan tersebut sudah dapat disetarakan dengan meshing berdasarkan file standard Iges atau Step. Sebagai perbandingan diberikan juga tampilan hasil dengan algrthm quasi-structured quad pada Gmsh 

.


.


.

Hasil dengan mesher Gmsh ditampilkan dibawah ini, setting parameter adalah sama kecuali pada metode alrgorithma yg digunakan adalah  sebagai berikut, Agak kurang baik hasilnya pada daerah kurva lingkaran titik bagian tengah elemen tidak dapat mengikuti geometri. Diberikan juga penerapan beban dan tumpuan untuk menguji kelayakan hasil mesh dengan solver elemen hingga CalculiX, diterapkan berlapis untuk meningkatkan akurasi sehingga membutuhkan jenis elemen S8R dan/atau S6.

.


.


.


.


.

berikut adalah contoh lain object sederhana, pada keadaan tertentu perlu dilakukan partisi agar file format STL dapat lebih mempunyai toleransi saat dibaca oleh program mesher. Sebenarnya masih memungkinkan konversi dari file STL menjadi IGES/STEP dengan dilakukan tahapan reverse-engineering dengan program CAD khusus untuk itu, namun tetap masih adanya kekurangan karena file STL pada adasarnya adalah tidak terdapat curva lengkung atau spline melainkan patahan segment atau tesselation. Namun sudah cukup baik karena lebih didukung oleh mesher Netgen dan Gmsh atau lainnya.

.


.



.


.


.


.


.

dicoba dengan NFD OpenSees, perlu penyesuaian umit dan orientasi sumbu lokal elemen shell sebelumnya, contoh berikut adalah analisa ragam getar. 

.



.



.



.


.



.


.


.


.


.



.



.


.



.


.



.


.



.


.


.


.



.


.


.


.


.

terlihat pada object silinder berikut menunjukan hasil mesh pada dinding yg tidak beraturan, juga adanya penghalusan daerah tertentu secara acak.  Sebaiknya dihindari penggunan format STL untuk mdel melingkar tersebut, walau solver tetap dapat menyelesaikan dengan baik tanpa kendala.

.


.



.


.


.


.


.



.

walaunpun disebut sebagai mesh bidang, namun sebenarnya ini dapat untuk rangkaian object yg disusun dalam tiga dimensi seperti profil baja castellated atau circular hollow. Bidang maksudnya adalah permukaan flat yg menghasilkan mesh jenis element shell linear dan quadratic seperti contoh berikut ini.

.


.


.



.


.


.



.



.

perbaikan jumlah lapis pada ketebalan bagian sayap dan penerapan offset pada sayap atas dan bawah agar hasil lebih mendekati karena tidak adanya kelebihan luasan akibat overlap. 

.


.

partisi atau pemisah permukaan dengan object garis terkadang diperlukan untuk beban parsial atau perbedaan ketebalan namun pada format file STL tidak dikenali oleh mesher. Hal ini perlu dibuat terpisah sejarak tertentu misal 1mm, setelah meshing berhasil maka komponen tersebut dapat digeser kembali kepada posisi awal yg diinginkan. Hubungan antar kedua tepian tersebut dapat dilakukan dengan merge nodes atau bonded contact/tie cnstraint. Perlu diperhatikan mengenai kompatibilitas pada hasil deformasi serat sisi luan yg mengharuskan menerus, sedangkan kontur tegangan dapat saja tidak seperti itu karena adanya tahap lanjut perataan nilai pada node dari kntribusi elemen terhubung.

.


.


.


.


.


.


.

modelisasi part dengan pemsahan juga dapat berguna untu penerapan beban tepian elemen shell dalam satuan gaya per panjang (N/mm) yg biasanya diterapan pada bagian badan profil baja. Hubungan antar permuaan tersebut dapat menggunakan feature Tie Constraint, pada CallculiX perlu dtinjau kedua keadaan saat penentuan master dan slave bidang permukaan (swapted). 

.


.


.


.

analsa tekuk eigenbuckling untuk tinjauan secara singat dan cepat mengenai stabilitas, pengaruh gaya dan  hasil tegangan sebelumnya dapat dimasukan dengan mengaktifkan feature Perturbation (On) sehingga kondisi tekan akan mereduksi nilai matrik kekakuan struktural (softenning effect).

.


.


.


.


.


.

terlihat dari beberapa penjelasan diatas format file STL mempunyai kelebihan dan beberapa kekurangan, program CAD berkonsep direct-modeling seperti Blender 3D mempunyai kecepatan dalam penggambaran dan perubahan. Dominasi tahap penting adalah pada modelisasi object dengan program CAD sehingga keterampilan sangat penting dibutuhkan untuk itu kecuali memang mengandalkan ketergantunga yg lain seperti seorang drafter atau 3D modeler.

Selasa, 12 Desember 2023

menghindari kekangan berlebih pada model shell simetris

khusus untuk penggunaan shell element di CalculiX, penerapan kekangan tumpuan yaitu pada sistem koordinat lokal. Jika tidak ditentukan oleh user maka akan digunakan sama dengan koordinat global. Kendala akan terjadi jika tepi tumpuan dengan lengkungan sembarang tidak mengikuti sistem rectangular atau cylindrical. Dibutuhkan penentuan definisi khusu setiap node titik yg ada, hal tersebut biasanya dihindari. Beberapa solver FE lain mungkin dapat mendeteksi koordinat lokal node pada element shell berdasarkan normal bidang plane elemen tersebut. 

.


.

Sebagai contoh pelat tebal simetris diatas, untuk menghindari kekangan berlebih tanpa menerapkan definisi sumbu lokal oleh user. Setidaknya dibutuhkan 6 (enam) kelompok tepian, dua diantaranya kelompok node pada seperempat tekukan radius. Walaupun pendekatan model diatas tidak sepenuhnya benar dan tepat karena adanya pengabaian kekangan pada daerah tekukan namun sudah dapat mengurangi kekangan berlebih dan memberikan hasil keluaran yg masih dapat berguna. 

.


.


,


,

untuk memghindari keharusan pererapan kekangan pada koordinat lokal secara manual dan benar dapat menghindari model simetris dengan artian dibuat model penuh atau cara lain dengan melakukan konversi model dari elemen shell menjadi element solid. Penerapan beban yg sebelumnya tepian shell menjadi permukaan solid perlu dibuat sebanding juga.

,


.


,


.


.


,

jika dibandingkan dengan model sebelumnya, terlihat tidak terjadi kekangan berlebih atau over-constrained dan hasilnya menunjukan kemiripan serta masih dapat digunakan. Selanjutnya perlu perbandingan dengan elemen shell classic dari solver FE lain seperti OpenSees. Jenis element dan mesh yg digunakan perlu sama agar sebanding. 

.



.


.


.

CalculiX juga mempunyai jenis elemen shell classic US3 dan penerapan kekangan rotasi dua arah sekaligus tidak menyebabkan berlebihan.

.


,


.



.


.



.


.


.


.


.


.

Senin, 04 Desember 2023

uji komponen tekan sederhana dengan bantuan FE

.


.

 uji tekan diperukan untuk mengetahui perliaku komponen seperti kolom, hal yg paing sederhana adalah terhadap beban tekan murni. Jika material batang yg digunakan adalah jenis logam seperti besi baja, stainless atau alumunium maka dominasi kegagalan ditentukan oleh regangan plastis dan tekuk lokal atau global.  Analisa nonlinear jenis ini cukup rumit dan sering terkendala konvergensi jika beban yg diterapkan terlalu besar, atau tidak terdeteksi kegagalan jika sebaliknya yaitu beban terlalu kecil.  Hal yg paling memungkinkan ditempuh adalah melakukan estimasi dengan rumus yg mendekati seperti peraturan baja, namun terkadang bahkan sering ditemui benda yg akan diuji tidak tercakup. Untuk ini perlu dilakukan bertahap yaitu anaisa tekuk elastis (eigen buckling) sebagai perbandingan awal, kemudian anaisa tekuk nonlinear yg memasukan pengaruh plastisitas dan deformasi besar. Tahap analisa noninear pertama diterapkan dengan beban defleksi sekitar empat kali ketebalan, setelah ditinjau regangan plastis dan perubahan bentuk penampang hubungannya dengan tekuk pada tahap incremental beban. Ketidak sempurnaan penampang perlu dimodelkan berdasarkan hasil analisa ragam getar dengan nilai capaian seperseeatus tinggi penampang, untuk pengaruh tegangan residu dapat juga dimodelkan secara implicit dengan reduksi nilai moduus elastisitas baja untuk pertimbangan kecepatan modelisasi.

.



.


.



.



.



.


.


.

terlihat untuk komponen uji diatas kriteria kegagalan material akibat regangan plastis berlebih terjadi terlebih  dahulu dibanidng tekuk lokal dgn kriteria deformasi maksimum adalah sebesar dua kali ketebalan. Setelah diketahui maka selanjutnya dilakukan estimasi beban secara konservatif dengan assumsi material adalah elastis. Hal ini dimaksudkan agar penerapan beban tidak terlalu kecil sehingga grafik beban dan defleksi hubungannya terhadap stabilitas dapat terjangkau nantinya. Grafik mengenai stabilitas akan terlihat saat penambahan beban incremental sedikit saja menunjukan deformassi yg besar.

.


.

untuk analisa tekuk linear (eigen buckling) sya gagal pada solver CalcuiX, kelihatannya disebabkan model elemen shell dan perlu modeling ulang dengan elemen solid dan setidaknya empat lapis jenis linear atau dua lapis jenis quadratic pada ketebalan. Kekangan  rotasi pada tepian penampangtidak dapat diterapkan, sehingga perlu di non-aktifkan terlebih dahulu. Hasilnya menunjukkan ragam tekuk pertama terjadi pada tekuk sisi badan dan nilainya berkisar mendekati dengan estimasi perhitungan diatas, sehingga acuan besaran tersebut dapat juga digunakan sebagai beban yg akan diterapkan pada analisa tekuk non-linear.

.


.

.


.

Study atau observasi mengenai pengaruh ketidak sempurnaan geometri juga dapat ditempuh dengan mudah, hanya perulangan analisa saja yg diperlukan. Kemudian dari hasil banyak tinjauan tersebut diambil yg terkecil sebagai batas bawah (lower bound).


.


.


,


.


.


.


.



.