CAD & FEA – meshing element shell

Contoh meshing shell element yang dilakukan dari CAD ke SAP, kasus tegangan bidang (plane stress) pada pelat baja berlubang.

Deformed Shape

1/4 model Pelat baja 20×15 cm (t=2cm), diameter lubang 1/2 b, peninjauan tegangan tekan (P).

Gambar dibawah ini adalah tegangan (not average) sumbu lokal-1 (kgf/cm^2) dalam hal ini searah sumbu global-x. Dari sini dapat dilihat kontur tegangan yang masih patah-patah sehingga perlu dilakukan penghalusan pias element hingga (mesh refinement) pada daerah tersebut dengan meningkatkan jumlah pias serta penghalusan daerah transisi.

2007-03-17_201146.png

Dalam penggunaan FEM untuk element membarane / plate / shell yang menjadi peranan penting adalah kualitas pias elemen hingga yaitu bentuk element.

Dari berbagai rujukan, pengujian kualitas element (mesh quality) diantaranya sebagai berikut (lihat gbr) :

  1. Mesh Shape, hubungannya dgn pembentukan matrik kekauan element (bisa jadi 0 atau bahkan bernilai negatif)
  2. Aspect Ratio, perbandingan panjang sisi vertikal dan horisontal sebaiknya berkisar 1. Ketika hasil yang ditinjau adalah tegangan, nilai ini tidak boleh lebih dari 1/3. Namun jika yang ditinjau defleksi/deformasi dapat tidak lebih dari 1/5.
  3. Tapered, nilai perbandingan yang lebih besar dari 0,5 indikasi mesh yang jelek
  4. Sudut Kemiringan (skew angle), nilai lebih kecil dari 30drjt indikasi mesh yang buruk
  5. Warping, pada curved 3D shell terutama yg double curvature

quadmesquality01.png

Element shape

quadmesquality02.png

Tapered test

quadmesquality03.png

Skew Angle test

quadmesquality04.png

Warped test

 

Masalah mesh elemen hingga sendiri punya perhatian khusus/terpisah. Software yang bersifat spesifik terhadap masalah meshing elemen hingga diantaranya yaitu GiD (semi komersil) dan GMSH (opensource) Seperti ditunjukkan dibawah ini, perbaikan mesh dari pelat berlubang diatas dengan bantuan software GiD.
Masalah pelat berlubang ini adalah kasus plane stress (tinjauan tekan) dengan konsentrasi tegangan terjadi pada daerah dekat lubang (bagian atas) seperti yang ditunjukkan hasil SAP2000, pada software GiD juga dapat mengetahui kualitas sudut elemen hingga yang digunakan. Untuk yang lebih tinggi lagi seperi peninjauan masalah crack, molding, fluid flow atau simulasi tubrukan (crash), ada metode meshing yang dikenal adaptive mesh refinement, yang mana perbaikan mesh dilakukan auto berdasarkan boundary condition & applied force serta hasil dari analisa sebelumnya.
2007-04-25_114708.png

Quad mesh menggunakan GiD

2007-04-25_114934.png

Penghalusan mesh daerah konsentrasi tegangan

2007-04-25_112553.png

Kontrol kualitas sudut mesh pada GiD

Vektor Tegangan

Vektor Tegangan pada titik node elemen (Biru=Tekan, Merah=Tarik)

Untuk bahan pelat dari baja yg mana materialnya tergolong elastis (non brittle) dan cenderung homogen, akan dengan mudah diketahui keadaan leleh materialnya berdasarkan kriteria leleh Von Misses. Sedangkan untuk material getas (brittle) seperti beton dan tanah yang biasa digunakan kriteria leleh/runtuh Drucker-PragerMohr-Coloumb atau lainnya.

12 thoughts on “CAD & FEA – meshing element shell

  1. Minta tolong donk mas analisa tegangan crash ship(collision ship),ada masalah sama pre and post proccesingnya di SAP 2000,terutama pada permodelannya belum dapat dimengerti sama sekali.
    Thanks be4.
    Ravael Simanjuntak

  2. Mohon bantuan nya mas mengenai Finite Elementnya collision ship banyak hal yang membingungkan mulai dari permodelan sampai pada analisa dan belum dapat dimengerti???.Thanks Be4.Keep Spirit bro

  3. Wah, kalo simulasi tubrukan pake SAP blum mampu tuh. masalah crash itu rumit karena meninjau banyak FE advanced analysis seperti dynamics, nonlinear geometry/materials and buckling. Setahu saya untuk type analysis tsb biasanya pake software LS-DYNA atau IMPACT. Kalo buat tahap awal (Pre Processor) modelin ship di SAP itu sulit, paling pake program bantu CAD.

  4. saya baru mempelajari tentang finite elemen, karena di kampus saya finite elemen merupakan mata kuliah pilihan di semester akhir. klo sudah diketahui diagram tegangannya trus nanti diapain?
    untuk keperluan perancangan, apakah fungsi dari diagram tegangan?
    klo kita mendefinisikan pelat lantai suatu bangunan, bagaimana mesh yang terbaiki?
    maaf jika pertanyaan-pertanyaan saya agak tidak bermutu, tapi saya bener-benar masih blank tentang hal ini. semoga jawaban ini nanti jadi sedikit pencerahan untuk saya.
    terimakasih mas suyono

  5. FE untuk element plane stress/shell/solid kalo material steel lebih cenderung kepada peninjauan/investigasi. namun jika material beton bertulang untuk aplikasi pelat/shear wall maka perlu perhitungan lanjutan dari nilai nodal reactive force.

    Mesh yang perlu diperbaiki/diperhalus (refinement) ya daerah konsentrasi tegangan seperti dekat kolom atau beban terpusat (jika ada).

  6. Masih kuliah ya? ntar semester akhir dapet, untuk element truss/frame (MSA) porsinya banyakan ketimbang plane stress/plate bending (pengantar saja). kalo element solid saya di S1 ga dapet matkul nya, ada juga pengantar teory elastisitas. ga tau CE student sekarang ?
    finite element/metode element hingga merupakan pengembangan dari analisa struktur metode matrix. FE diaplikasikan untuk element dof tinggi seperti plate/shell dan solid, rumusan kekakuan element strukturnya diambil dari banyak research, kalo Matrix Structural Analysis (MSA) digunakan untuk element 1D (balok) atau 2D (balok kolom). kalo udah dapet matkul dan paham kerjanya ntar bisa lebih mudah aplikasi/modelin struktur pake SAP atau software FE lainnya karena pada prinsipnya sama.

  7. mas syont,,saya TGA ni tetang plat berlubang,,gmna ya pemberian beban belanjut nya sehingga kita bsa tau keruntuhan awalnya sampai dia colappse,,,jdi dengan begitu kita tahu beban awal struktur mengalami keruntuhan dan beban maks struktur mengalami colappse,,terimakasi mas syont

    1. dgn SAP, sya ngga masuk dlm area nonlinearitas apalagi jenis plane/shell/solid element. setau sya untuk fe analysis secanggih ABAQUS saja nonlinearitas hanya sampi di plastic deformation. sedangkat tingkat lanjutnya perlu adjust sendiri untuk starter analisa fracture kegagalan progesif pola robek pelat gusset.

  8. aslm. pak mau nanya pak, saya sedang mengerjakan box underpass dengan panjang 90 meter tp saya bagi menjadi 9 segmen dengan panjang masing2 10 m,
    nah apakah bisa meletakan beban lajur ( KEL dan UDL) dan bagaimana caranya pak, tebal pelat 0,6 m dan tinggi 7,2 m.
    dengan pelat atas dan bawah difungsikan sebagai jalur kendaraan

Leave a Reply

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s