Analisa 1D Elemen Multiphysics FEM untuk Tegangan Termal dengan Artificial Neural Network (ANN) Menggunakan Framework DAI5 Studi Kasus Bar Baja Silindris 1D by Irwan Haryanto

Rumusan Masalah

Bagaimana menyelesaikan analisa tegangan termal secara efisien menggunakan pendekatan 1D FEM?

Bagaimana ANN dapat digunakan untuk mengurangi waktu komputasi dan meningkatkan prediksi analisa FEM?

Bagaimana Framework DAI5 dapat memandu proses ini secara sistematis?

Tujuan

Mengembangkan model multiphysics 1D FEM untuk analisa tegangan termal

Melatih model ANN untuk mempercepat proses simulasi FEM.

Menerapkan Framework DAI5 untuk memastikan struktur kerja yang jelas dan terarah.

DAI 5

Intention: Melakukan analisa dengan kesadaran untuk menghasilkan solusi inovatif yang bermanfaat.

Initial Thinking: Pendekatan dasar menggunakan FEM dan ANN untuk menganalisis fenomena termal-mekanikal.

Idealization:

Model 1D sederhana yang representatif untuk tegangan termal.

ANN sebagai alat percepatan solusi numerik. Metode ANN yang dipakai masih dalam kajian

Persiapan data

Instruction Set: Data training, perancangan model, validasi, hingga interpretasi hasil.

Bar

Fokus pada gaya aksial (tarik atau tekan).

Analisis lebih cocok untuk distribusi tegangan termal akibat ekspansi linier.

Tidak melibatkan momen lentur atau geser.

Dalam konteks analisa tegangan termal, gradien suhu menyebabkan deformasi aksial (panjang batang bertambah/berkurang).

Oleh karena itu, pendekatan bar lebih relevan dan lebih sederhana dibanding beam untuk kasus ini.

Fenomena Tegangan Termal pada Batang 1D

Fenomena tegangan termal terjadi ketika perubahan suhu menyebabkan ekspansi atau kontraksi material yang tidak diimbangi oleh deformasi bebas, sehingga menghasilkan tegangan dalam material. Dalam batang 1D, perubahan suhu ΔT memengaruhi panjang batang L melalui koefisien ekspansi termal linier α. Jika ujung-ujung batang fix, perubahan panjang akibat pemanasan atau pendinginan akan menghasilkan tegangan termal σ. Tegangan ini dapat dihitung menggunakan hubungan:

σ=E⋅α⋅ΔT

di mana E adalah modulus elastisitas material. Tegangan termal yang terjadi dapat menyebabkan deformasi elastis atau bahkan retak jika melampaui batas kekuatan material. Fenomena ini sangat penting dalam analisis struktur yang terpapar suhu ekstrem, seperti pipa, batang logam, dan komponen mesin, untuk memastikan keamanan dan keandalan desain.