User:Wahyu Purnawirawan

Assalamu’alaikum, Halo ini adalah homepage saya…

DAI5 Framework

Berikut adalah tugas pertama pada perkuliahan Finite Element Multiphysics, yaitu menjelaskan pemahaman tentang DAI5 (suatu framework) untuk membantu menguraikan permasalahan dan menemukan solusi dari suatu fenomena /kasus. Agar lebih jelas, silahkan simak video Youtube berikut:

Simple Pipe Stress Modelling

Pada pertemuan kali ini dilakukan latihan simulasi pada struktur pipa sederhana dengan maksud mengetahui displacement dan stress yang terjadi pada struktur tersebut, dengan geometri dan spesifikasi yang diperoleh dari software Caesar II sebagaimana dapat dilihat pada gambar berikut:

DAI5 Framework digunakan untuk menguraikan permasalahan dan membuktikan hasilnya.

1.Intention dilakukan guna menetapkan maksud dan tujuan kita melakukan simulasi yaitu untuk mendapatkan gambaran apakah simulasi menunjukan hasil sesuai dengan yang diharapkan. Kasus kali ialah membuktikan apakah struktur pipa yang mengalami gaya axial akan mengalami displacement terbesar pada titik dimana beban/sumber gaya berasal, sementara stress terbesar akan terjadi pada pangkal pipa ditahan.

2.Initial Thinking dilakukan dengan menentukan design/bentuk objek berupa geometri dan dimensi Modelling dilakukan menggunakan software solidworks untuk mendapatkan 3D Model.

3.Idealization dilakukan dengan merancang model mendekati dengan kondisi yang sebenarnya, dilengkapi dengan asumsi, gambar dan geometry rancangan serta lingkup/cakupan kondisi.

Pada kasus Axial Buried Pipe Displacement diketahui pipa yang digunakan memiliki panjang 4 meter, diamter 6in, wallthickness 10s, Temperatur operasi 120F, Temperatur design 150F, pressure operation 130lb/sq.in dan pressure design 270/sq.in dengan material yang digunakan ialah A312 304L (stainless steel).

Setelah diperoleh model, langkah selanjutnya ialah membangun asumsi untuk menyederhanakan kasus, diantaranya: • Properties material homogen sepanjang pipa; • Arah gaya yang bekerja lurus/sejajar dengan sumbu/tidak membentuk sudut dsb; • Beban yang bekerja adalah beban statik.

Dari batasan yang telah dibangun sebelumnya, selanjutnya ialah menetapkan beberapa boundary condition, seperti salah satu ujung pipa dalam kondisi ditahan/fix, sementara ujung lainnya mendapatkan beban tekan/tarik, dengan besaran dan arah gaya sejajar sumbu. Modelling dilakukan menggunakan software solidworks untuk mendapatkan 3D Model. Sebagaimana dapat dilihat pada gambar berikut.

4.Instruction set merupakan langkah-langkah yang harus dilakukan melalui software yang telah dipilih. Dari model yang sudah dibangun, kemudian dilakukan simulasi model menggunakan software Ansys. Tahapan dilakukan sebagaimana yang telah diuraikan pada proses idealization. Salah satu ujung pipa merupakan fixed support, sementara ujung lainnya merupakan titik dimana gaya external bekerja, sebagaimana dapat dilihat pada gambar berikut:

Fix Support

Force Direction

Setelah memasukan berbagai parameter yang telah ditentukan pada tahap initial thinking sebelumnya, program kemudian dapat dijalankan, sehingga didapatkan hasil sebagai berikut.

Dari simulasi yang dilakukan, dapat dilihat bahwa displacement terbesar terjadi pada ujung pipa dimana external force diberikan (3.0369e-006 m). Warna pada pipa menunjukkan besar perpindahan (displacement), di mana warna merah menunjukkan perpindahan terbesar dan biru menunjukkan perpindahan terkecil. Nilai maksimum sekitar 3.0369e-006 m dan nilai minimum sekitar 1.5182e-006 m.

Pertanyaan Apakah posisi displacement terbesar selalu bertolak belakang dengan posisi stress maksimum? apa yang mempengaruhinya dan bagaimana hubungan keduanya?

1D Element Bar Analysis

Pada pertemuan selanjutnya mencoba menggunakan software calculix (Freecad) untuk menyelesaikan kasus sederhana berupa 1D Element Bar. Dengan beberapa parameter masukan yang diantaranya yaitu:

Panjang Batang = 100 mm

Luas penampang = 150 mm^2

Load = 1000 N

Modulus Young = 200kPa

Salah satu ujung batang fix, sementara ujung batang lainnya ditarik dengan gaya external sebesar 1000N. Hasil displacement dan model dapat dilihat pada gambar berikut:

Catatan Kuliah Konsep FE

Finite Element ialah metode, bukan alat/tool

Kasus yang umum terjadi (realita) displacement bersifat non linear, sehingga perlu disederhanakan (discret > finite)

Matrix dihitung pada nodes > basic variable

Matrix local berlaku hanya untuk 1 node, sementara matrix global berlaku untuk keseluruhan node.

Gaya pada titik, tegangan pada permukaan.

Flux > masuknya volume/masa pada sistem,

Pada region/bagian/descrete tidak akan terjadi overlaping

Prinsipnya ialah kesetimbangan gaya pada nodal, baik pada arah x,y maupun z

Dalam analisis metode elemen hingga (Finite Element Method/FEM), elemen 1D, 2D, dan 3D digunakan untuk merepresentasikan berbagai jenis objek fisik berdasarkan bentuk dan kompleksitas geometrisnya. Berikut adalah perbedaan antara elemen-elemen tersebut dalam konteks analisis multiphysics:

1. Elemen 1D (Satu Dimensi): Representasi Geometris: Elemen 1D direpresentasikan sebagai garis, yang memiliki panjang tetapi tidak memiliki lebar atau tinggi. Elemen ini sering digunakan untuk memodelkan struktur seperti batang (beam), kolom, kabel, atau elemen tipis panjang lainnya. Aplikasi: Digunakan untuk masalah di mana satu dimensi (panjang) jauh lebih dominan daripada dua dimensi lainnya. Misalnya: Analisis struktur seperti jembatan gantung atau kabel listrik. Analisis getaran pada batang tipis atau kabel. Derajat Kebebasan (DOF): Pada elemen 1D, derajat kebebasan biasanya mencakup perpindahan di sepanjang satu dimensi serta rotasi.

2. Elemen 2D (Dua Dimensi): Representasi Geometris: Elemen 2D berupa bentuk-bentuk seperti segitiga atau kuadrat, yang memiliki panjang dan lebar, tetapi tidak memiliki ketebalan signifikan. Aplikasi: Digunakan untuk memodelkan masalah pada bidang (plane stress atau plane strain), lembaran, atau membran, seperti: Analisis tegangan dan regangan pada lembaran tipis atau pelat. Simulasi fenomena perpindahan panas atau aliran fluida pada permukaan datar. Analisis struktur seperti dinding atau pelat baja. Derajat Kebebasan (DOF): Elemen 2D memungkinkan perpindahan di dua arah (sumbu X dan Y) serta rotasi.

3. Elemen 3D (Tiga Dimensi): Representasi Geometris: Elemen 3D berbentuk padat, seperti tetrahedron, hexahedron (kubus), atau prisma. Elemen ini memiliki panjang, lebar, dan tinggi. Aplikasi: Digunakan untuk memodelkan objek fisik dengan volume, seperti: Struktur padat seperti balok beton atau komponen mekanik. Simulasi fenomena fisika yang kompleks seperti perpindahan panas 3D, aliran fluida dalam ruang tiga dimensi, atau deformasi struktur 3D. Derajat Kebebasan (DOF): Pada elemen 3D, derajat kebebasan mencakup perpindahan di ketiga arah (X, Y, Z) serta rotasi di sekitar ketiga sumbu.

Hollow Pipe 2D FEM Analisis menggunakan Freecad

Sharing tentang bagaimana membuat model dan analisis fem sebuah pipa berongga yang ditumpu dikedua sisinya dan mendapatkan beban vertikal menggunakan Freecad. Berikut geometri dari model yang akan dibuat:

Panjang Pipa = 4000mm

Diameter Luar = 168,275mm

Wallthicknes = 3,4mm

Force= 8000N