memilih desktop calculator

Tulisan saat ini membicarakan sesuatu hal ringan yang biasa ditemui dan menjadi rutinitas  bidang engineering yg sebagai student maupun practicing. Kalkulator, sebuah alat bantu hitung yang biasa dibawa kemana2 terutama ujian matapelajaran yang melibatkan banyak hitungan. Tanpa alat bantu tsb dijamin tidak bisa berkutik dibangku ujian seperti yg sya alami waktu ujian ke II dulu :( dikantongin org karena ujian di hall besar bercampur dgn kelas dan fakultas lain.

Saat ini mungkin keberadaannya tersisihkan dgn adanya komputer/netbook, program aplikasi desktop calculator sifatnya interpreter atau kategori high level language programs. Cirinya cenderung mudah digunakan ketimbang bahasa pemrograman C++/Fortran dan tanpa perlu kompilasi. Program aplikasi desktop calculator ada yang sederhana ada juga yang canggih dapat melakukan perhitungan rumit yang melibatkan pencabangan (branching) dan perulangan (iteration). masing-masing developer team/individuals mempunyai orientasi yg berbeda2, sedangkan distribusinya ada yang komersil dan free. Program yg dapat digunakan sebagai desktop calculator yang bersifat komersil diantaranya adalah:Mathcad, Matlab, Mathematica, Maple dll. sedangkan yang bersifat free diantaranya adalah: Scilab, Smath Studio, Reinteract, Speq Math, CompPad OOo, dll. Akses program komersil yang hanya memungkinkan saat ini bagi saya adalah Matchcad(explorer), beberapa program untuk desktop calculator yg ditinjau lainnya adalah yg bersifat free saja.

Mathcad Explorer (web) (installer)

Semua program aplikasi free diatas biasa (berganti-ganti dlm dekade tertentu) sya gunakan untuk keperluan perhitungan teknik. Berdasarkan pengalaman sya pribadi, melihat karakter aplikasi mempunyai orientasi yang berbeda. Seperti program Scilab berorientasi ke manipulasi matrix, Speq Math untuk perhitungan sederhana, Reinteract yang mengandalkan program Python beserta add-ins module, Smath Studio yg mampu menampilkan seperti kertas perhitungan yang tampilan mirip buku teks, CompPad OOo yang mengedepankan kemampuan word processor OpenOffice.org Writer dgn Java. Masing-masing program mempunyai features spesifik masing-masing, pengguna bebas memilih sesuai kebutuhan. Karena program bersifat free, yg berminat tinggal download lalu mencobanya sendiri untuk kemudian dapat memilih mana yang sesuai kebutuhan tingkat kerumitan perhitungan.

Kriteria dalam suatu pemilihan aplikasi yg sesuai mungkin dapat didasarkan features dan kecepatan. Kemampuan program atau features diantaranya dukungan penggunaan satuan (US-CGS-SI units), pencabangan (if-then-else), solver atau pembuatan algorithm iterasi perulangan memenuhi suatu persyaratan nilai hasil tertentu, kemudahan input dan editing serta penggunaan ulang lembar kerja (re-use), gambar ilustrasi dan plot grafik/kurva. Hal lainnya adalah kecepatan proses, namun ini kadang tidak terlalu menjadi masalah karena kecepatan komputer sekarang yg sudah mempunyai processor tinggi dan ram besar, selain itu lembar kerja perhitungan yang dapat dipecah (splitting) menjadi beberapa lebar halaman saja.

Berikut link informasi selengkapnya dan alamat web files instalasi (current stable) dari sumber aslinya:

Scilab (web) (installer)

Smath Studio (web) (installer)

Speq Math (web) (installer)

Reinteract (web) (installer)

CompPad (web) (installer)

berikut juga ditanpilkan contoh penerapan/aplikasi untuk study desain balok beton bertulang peraturan luar.

View this document on Scribd

using SMath

View this document on Scribd

using CompPad

model perlemuan element frame dan shell atau solid

Tulisan ini melanjutkan sebelumnya, mengenai pemodelan FE sambungan antara element frame dan shell atau solid yag dihubungkan dengan rigid links.

Model SAP untuk Balok kantilever

Hasil analisa,

Defleksi vertikal ujung

Tegangan sumbu utama

Calculation Pads:

‘ Loads
Pz = 1000 kgf
‘ Dimension & properties
b = 20cm
h = 20cm
A=b*h= 400.00cm2
Ix = 1/12*b*h^3= 13333.33cm4
K=3/2= 1.50 n.d
Ec=253456.36kg/cm2
G=105606.82kg/cm2
‘ Section 1
Lx1=100cm
My1 = Pz * Lx1 = 100000.00kgf.cm
y1 = h/2= 10.00cm
y2 = h/4= 5.00cm
fx1 = My1 * y1 / Ix= 75.00kg/cm2
fx2 = My1 * y2 / Ix= 37.50kg/cm2
‘ FE
fx1s=Avg(80.45,76.92,77.56)= 78.31kg/cm2
fx2s=Avg(41.56,40.145,38.69)= 40.13kg/cm2
‘ Diff (%)
r1=(1-(fx1/fx1s))*100= 4.23
r2=(1-(fx2/fx2s))*100= 6.56
‘ Section 2
Lx2=200cm
My2 = Pz * Lx2= 200000.00kgf.cm
fx1 = My2 * y1 / Ix= 150.00kg/cm2
fx2 = My2 * y2 / Ix= 75.00kg/cm2
‘ FE
fx1s=Avg(151.59,145.74,146.53)= 147.95kg/cm2
fx2s=Avg(76.16,72.70,71.78)= 73.55kg/cm2
‘ Diff (%)
r1=(1-(fx1/fx1s))*100= -1.38
r2=(1-(fx2/fx2s))*100= -1.98
‘ Deflection
df=(Pz*Lx2^3)/(3*Ec*Ix)= 0.79cm
ds=(4*K*Ec*Ix)/(A*G*Lx2^2)= 0.01cm
dz=df+ds= 0.80cm
‘ reffs
dzr = 0.7905= 0.79cm
‘ Diff (%)
r1=(1-(dz/dzr))*100= -1.34

Beberapa model sederhana diatas ditempuh untuk verified hasil penerapan rigid links penghubung element frame dan element shell atau solid. Pada hubungan element frame dan shell shell biasa digunakan untuk study konsentarasi tegangan daerah titik pertemuan misal balok-kolom baja pengaruh haunched dan stiffener, leleh pada gusset plate pada rangka batang, dll. Pemodelan element shell hanya baik digunakan untuk perilaku lentur dan geser bidang, sedangkan perilaku yang kompleks yaitu torsi dan puntir beserta geometri tidak teratur perlu pengggunaan element solid.

full models

zoomed views

Diatas adalah tahap lanjut pemodelan hubungan element frame dan shell yng diterapkan pada kasus rangka batang guna mempelajari konsentrasi tegangan daerah gusset plate dan besarnya kekangan rotasi ujung batang dimana bisanya pada rangka batang titik buhul diasumsikan sendi. Dalam meredukdi jumlah nodes perlu pemodelan batang double siku hanya dimodelkan tunggal dengan merepkan kondisi simetri.

pandangan dari sisi muka

pembesaran gambar daerah titik buhul (1)

pandangan dari sisi belakang

pembesaran gambar daerah titik buhul (2)

distribusi tegangan leleh kriteria Von-Mises pada gusset plate

pembesaran gambar pada gusset plate

momen pada rangka batang

Pada kasus yang ditinjau saat ini, hasil analisa struktur dgn program bantu SAP menunjukkan adanya 5(lima) titik leleh pada gusset plate. Selain itu juga menunjukan adanya momen sekunder akibat kekangan rotasi titik buhul yang menggunakan sambungan las, dalam kasus ini besarnya adalah sekitar +10% dari tegangan utama/normal (axial), namun disi lain adanya penggunaan faktor panjang effektiff K=1.0 yang lebih besar dari susungguhnya akan memberikan angka aman lebih. Pemodelan diatas juga dapat menghitung faktor panjang efektif sesungguhnya berdasarkan beban kritis/tekuk sumbu utama (in-plane buckling) namun titik buhul yang satu lainnya perlu dimodelkan juga dgn element shell untuk merepresentasikan kekangan rotasi.

**update: meshing masih diterapkan manual, terlihat aspect ratio kurang baik. hasil cara auto quadrilateral terlihat lebih baik.

 

estimasi tulangan perlu balok beda tinggi

Tulisan ini melanjutkan sebelumnya, mengenai balok tinggi dengan perbedaan dimensi tinggi penampang. Konsentrasi tegangan di sudut patahan pertemuan penampang membuat retakan diagonal, mengenai sudut dan pola retak tergantung dari konfigurasi tulangan yang ditentukan. Program advanded FE yang sudah memasukkan pengaruh nonlinearitas seperti ANSYS/ABAQUS dan ATENA/MERLIN atau lainnya dapat memprediksikan pola retak dan beban ultimit, sedangkan STM hanya pada kapasitas saja dgn nilai batas bawah.

(source: Wang et al, 2005)

Pemodelan STM balok tinggi dgn perbedaan dimensi tinggi, analisa  dan hasil konfigurasi pembesian merujuk pada pustaka El-Metwally et al (2011)

Berikut tampilan model, hasil analis dan perbandingan estimasi kebutuhan tulangan,

Geometri, beban dan kondisi tumpuan

Tegangan prinsipal beton (tebal elemen tidak diperhitungkan penuh)

Alur tegangan utama (warna magenta adalah tekan & warna biru untuk tarik)

Kebutuhan tulangan perlu arah datar (H)

Keutuhan tulangan perlu arah tegak (V)

Grafik perbedaan hasil ditampilkan dgn bar chart berikut,

Terlihat berbeda untuk jenis balok tinggi ini, terutama daerah sudut patahan dimana hasil Elastic FE mendistribusikan pada kedua sisi (atas/bawah, kiri/kanan) sedangkan STM terkonsentrasi salah satu sisi saja. Konsep kedua metode tersebut memang berbeda, sehingga konfigurasi tulangan juga akan berbeda. Perlu pembanding lanjut dengan program nonlinear FE sebagai virtual labs tujuan untuk dasar simulasi model.

calculation pads,

‘ Ties (T1)
As1a=Avg(12.019,8.585,6.901,6.073,5.246,4.184,3.286,2.352,1.297,0.675)*(2333-1500)*0.9/0.75*2= 10119.55mm2
As1b=Avg(4.911,4.700,4.290,3.685,2.460,1.647,0.833)*(2333-1500)*0.9/0.75*2= 6433.43mm2
‘ reffs
T1 = 2095kN
Asr = (T1*10^3)/(0.75*460)= 6072.46mm2
Asp = 16*(1/4)*Pi*22^2= 6082.12mm2
‘ Ties (T2)
As2a=Avg(9.458,6.829,4.283,3.667,2.655,2.259,1.768,1.414,1.107,0.777,0.923,0.604,0.468)*(6250-5615)*0.9/0.75*2= 4245.16mm2
As2b=Avg(9.458,5.706,1.955,0.384,0.337,0.190,0.086)*(6693-6250)*0.9/0.75*2= 2751.56mm2
‘ reffs
T2 = 1091kN
Asr = (T2*10^3)/(0.75*460)= 3162.32mm2
Asp = 2*14*(1/4)*Pi*12^2= 3166.73mm2
‘ Ties (T3)
As1a=Avg(1.067,3.165,2.488,1.599,1.518,1.436,1.144,0.851)*(750-0)*0.9/0.75*2= 2985.30mm2
As1b=Avg(1.516,1.439,1.380,1.322,1.265,1.160,1.055,0.975,0.896)*(750-0)*0.9/0.75*2= 2201.60mm2
As1c=Avg(12.019,7.343,0.4289,0.314,0.200,0.139,0.0786,0.0628,0.047)*(1500-750)*0.9/0.75*2= 4126.46mm2
‘ reffs
T3 = 1091kN
Asr = (T3*10^3)/(0.75*460)= 3162.32mm2
Asp = 10*(1/4)*Pi*20^2= 3141.59mm2