Nicholas Ego Guarsa

Identitas Penulis

Hallo,

Nama saya Nicholas Ego Guarsa

Mahasiswa S2 Teknik Mesin angkatan 2023

Peminatan Perancangaan dan Manufaktur

NPM 2306292992

Berikut adalah halaman Wiki saya untuk perkuliahan Finite Element and Multiphysics yang diampu oleh Dosen/Dr. Ir. Ahmad Indra (Pak DAI) , Selamat menikmati halaman wiki saya :)

DAI 5 Framework

Pada pertemuan pertama, membahas terkait DAI5 framework melakukan analysis terhadap sebuah permasalahan. DAI5 framework lebih menjelaskan bagaimana dalam menyelesaikan masalah harus dimulai dengan niat dan alat bantu merupakan langkah terakhir. Bukan seperti apa yang kebanyakan orang saat ini lakukan yang lebih mengedepankan alat bantu untuk menyelesaikan masalah. Sehingga cenderung memaksakan sebuah alat bantu dalam penyelesaiannya. Ini tentunya akan berpengaruh terhadap hasil yang akan didapat bisa jadi tidak maksimal atau bahkan tidak sesuai dengan yang diinginkan. Waktu penyelesaian juga akan tidak efektif apabila menggunakan alat bantu yang tidak sesuai. Untuk lebih detailnya silahkan dilihat dalam video di bawah ini :

Apa itu Fininte Element?

Finite element method atau dalam bahasa Indonesia berarti Metode Element Terbatas merupakan suatu cara untuk menyelesaikan permasalahan engineering dengan cara membagi obyek analisis menjadi bagian-bagian kecil yang terhingga. Bagian-bagian kecil ini kemudian dianalisa dan hasilnya digabungkan kembali untuk mendapatkan penyelesaian untuk keseluruhan daerah.

Metode ini digunakan pada permasalahan engineering dimana exact solution/analytical solution tidak dapat menyelesaikannya. Inti dari FEM adalah membagi suatu benda yang akan dianalisis, menjadi beberapa bagian dengan jumlah hingga (finite). Bagian-bagian ini disebut elemen yang tiap elemen satu dengan elemen lainnya dihubungkan dengan nodal (node). Kemudian dibangun persamaan matematika yang menjadi reprensentasi benda tersebut. Proses pembagian benda menjadi beberapa bagian disebut meshing.

Dalam apliasinya, penyelesaian masalah menggunakan Finite Element sangatlah bermacam-macam. Dari analisis yang sederhana sampai analisis dengan dengan tingkat kerumitan tertentu. Maka dari itu perlu diketahui bahwa analisis Finite Element telah dibagi menjadi 3 berdasarkan geometri dan tingkat kerumitannya.

Analisis Tegangan Sederhana

alt text

Kami melakukan analisis sederhana pada sebuah pipa dengan diameter, ketebalan, dan panjang tertentu untuk mendapatkan displacement yang terjadi pada pipa tersebut. Software analisis yang digunakan adalah inventor profesional 2025. Dalam software tersebut kita dapat melakukan stress analysis sederhana dimana properties dari pipa tersebut adalah sebagai berikut :

Material =Alumunium 6061

Pipe length = 200 mm

Diameter luar = 50 mm

Diameter dalam = 45 mm

Wallthicknes = 2.5

Pengalaman pertama saya menggunakan software simulasi untuk Finite Element. Software yang saya gunakan adalah Inventor Profesional 2017. Latihan analisis yang saya kerjakan adalah dengan menggunakan pipa sederhana. Pipa tersebut memiliki diameter dalam 45 mm, ketebalan 2.5mm, dan panjang 200 mm. Pipa tersebut diberikan gaya tarik sebesar 100 N pada satu sisi sedangkan di sisi lainnya di fix.

Berdasarkan analisis yang telah dilakukan oleh software tersebut didapatkan beberapa hasil seperti displacement, strain, stress yang terjadi pada pipa tersebut. Dari data yang ada dapat diketahui bahwa antara posisi yang mengalami displacement terbesar (sisi yang ditarik) mengalami regangan terkecil, dan bagian yang mengalami displacement terkecil mengalami regangan terbesar.

Dengan adanya software simulasi dapat membantu mempercepat proses analysis jika dibandingkan harus menghitung secara manual. Namun demikian jangan sampai dengan adanya software kita menjadi tidak tahu bagaimana prinsip dasar dari sebuah pengujian dan bagaimana alam ini bekerja. Jangan sampai kita dibodohi dengan adanya teknologi kita jadi malas untuk berfikir. Pola pikir yang seharusnya adalah dengan adanya sebuah teknologi kita bisa mengembangkannya sehingga pendalaman kita terhadap alam dan sang pencipta menjadi bertambah.

Perhitungan Numerik Finite Element

alt text

alt text

alt text

alt text

Pada sub Bab ini penulis akan mencoba untuk menyelesaikan contoh kasus sederhana untuk analisis Finite Element menggunakan perhitungan numerik. Berikut terdapat contoh penyelesaian FEM pada sebuah konstruksi yang terbuat dari 2 batang silinder dengan jenis material dan ukuran yang berbeda. Konstruksi tersbut terpasang pada tembok pada satu sisi dan disisi lain ditarik oleh sebuah gaya dengan besaran tertentu. Dari contoh kasus diketahui beberapa data diantaranya:

A1 = 200 mm2

A2 = 100 mm2

E1 = 100 MPa

E2 = 150 MPa

L1 = 500 mm

L2 = 500 mm

L3 = 500 mm

G = 100 N

Dari contoh kasus di atas didapatkan penyelesaian adalah sebagai berikut :

1. Langkah pertama yang dilakukan adalah melakukan diskritisasi terhadap struktur yang akan di analisis. Dalam proses diskritisasi akan didapatkan panjang dari masing masing elemen. Setelah didapatkan panjang dari setiap elemen makan akan secara otomatis akan mendapatkan jumlah nodal yang terbentuk. Dalam analisis 1D, jumlah nodal bisa didapatkan dengan menggunakan rumus (n+1) dengan n adalah jumlah elemen. Dari struktur yang ada oleh penulis ditentukan bahwa panjang dari setiap elemen adalah 500 mm. Sehingga didapatkan jumlah elemen yang terbentuk adalah 3 sedangkan untuk jumlah nodal yang terbentuk adalah 4.

2. Menghitung nilai kekakuan (stiffness) dari setiap elemen. Sehingga akan di dapatkan nilai K1, K2, K3. Rumus untuk mendapatkan nilai kekakuan adalah EA/L.

3. Menentukan Gaya aksi dan reaksi yang berkerja dalam setiap element.

4. Menghitung matriks kekakuan global yang berkerja pada struktur berdasarkan Gaya aksi dan reaksi dalam setiap element.

5. Menyelesaikan perhitungan aljabar untuk mendapatkan nilai displacement pada setiap nodal yang telah ditentunkan (nodal berjumlah 4).

Berdasarkan penyelesaian matematika yang telah dilakukan di atas didapatkan hasil penyelesaian yang sesuai jika menggunakan software analisis FEM. Penyelesaian secara matematika akan menjadi lebih susah jika jumlah nodal yang diinginkan menjadi semakin banyak. Semakin banyak nodal yang diinginkan maka akan semakin besar ordo matrik yang dibutuhkan, sehingga membutuhkan waktu yang relatif lama untuk menyelesaikan persamaan aljabar dari matriks tersebut. Sehingga metode penyelesaian matematika dinilai kurang efektif untuk menyelesaikan analisis FEM yang lebih kompleks. Namun jangan sampai kita tidak mengetahui konsep dasar dari perhitungan sofrware adalah dengan menggunakan perhitungan matematika menggunakan metode numerik.

Analisis Element 1D

Dalam penyelesaian sebuah permasalahan finite element, kita bisa menggunakan DAI 5 framework thinking. Dimulai dari mendapatkan Intention/niat kita dalam menyelesaikan finite element, Initial Thinking adalah mendapatkan langkah-langkah yang harus dilakukan, Idealization adalah membuat asumsi-asumsi yang dibutuhkan dalam penyelesaian finite element, dan step terakhir adalah Instruction set yaitu pemilihan alat bantu untuk penyelesaian Finite Element.

Ketika sudah mendapatkan Instruction Set atau alat bantu untuk penyelesaian Finite Element, kita perlu untuk menguasai fitur-fitur yang terdapat dalam alat bantu yang akan digunakan. Sehingga waktu untuk penyelesaian analisis dapat efektif serta sesuai dengan tujuan yang diinginkan.

Dalam penyelesaian Finite Element kita dapat membagi ke dalam 3 kelompok yaitu, 1D, 2D, 3D

Ujian Tengah Semester

Berikut adalah hasil pengerjaan analisis FEM 1 dimensi pada pipa HDPE menggunakan Autodesk Inventor Nastran dengan pendekatan DAI 5 Framework