Muhammad Rayhan Faturrahman

BIODATA

Nama : Muhammad Rayhan Faturrahman

NPM : 1906301255

Jurusan : Teknik Mesin

Angkatan : 2019

Hobi : Kulineran

Jargon : Selaras Dalam Dinamika

Selamat sore teman-teman, perkenalkan nama saya Fatur, teman-teman saya di Departemen Teknik Mesin biasa memanggil saya bob. Saya memilih jurusan Teknik Mesin karena terisnpirasi dari saudara saya yang seorang process engineer, saya sering memerhatikannya melakukan simulasi desain pabrik dan menurut saya itu merupakan pekerjaan yang seru sekaligus menantang, berangkat dari sana saya memilih untuk menjadi seorang engineer juga tapi pada disiplin yang berbeda dengan harapan nantinya kami dapat membuat perusahaan konsultan sendiri.

Komputasi

Saya memiliki ketertarikan pada dunia komputasi sejak awal memasuki perkuliahan teknik, namun masih muncul banyak pertanyaan "harus mulai belajar dari mana?" dan pertanyaan lain sebagainya, alasan inilah yang semata-mata menjadi pemicu saya untuk mencoba mengambil mata kuliah metode numerik di semester 3 ini.

Perkuliahan Minggu Pertama (Rabu, 11 November 2020)

Pada pertemuan pertama yang diisi oleh Bapak Dr. Ir. Ahmad Indra Siswantara. Mahasiswa dijelaskan mengenai esensi atau tujuan pembelajaran metode numerik, yaitu:

1. Memahami konsep-konsep dan prinsip-prinsip dasar dalam metode numerik seperti:Persamaan algoritma, aljabar, pencocokan kurva, persamaan diferensial parsial, dan lainnya

2. Mengerti dan mampu menerapkan pemahaman atau aplikasi terhadap konsep metode numerik

3. Mampu menerapkan metode numerik dalam hal terkait persoalan keteknikan

4. Mendapat added value (nilai tambah)/adab sehingga mahasiswa menjadi orang yang memiliki budi pekerti yang baik

Selain empat poin yang telah disebutkan, Mahasiswa juga mendapatkan pelajaran terkait penggunaan aplikasi OpenModelica. Dimana Mahasiswa dijelaskan dengan sangat sistematis mengenai penggunaan sederhana OpenModelica.

Untuk memenuhi tugas minggu pertama terkait pengantar aplikasi OpenModelica, saya telah membuat model matematis untuk menyelesaikan problem fisika dengan tema Hukum Kekekalan Momentum

LINK TUGAS : https://youtu.be/JjA5Otn82pY

Perkuliahan Minggu Ke-2 (18 November 2020)

Catatan Penting

Menjadi pribadi yang lebih baik dari hari kemarin, bahwa menjadi manusia haruslah terus berkembang setiap harinya, merupakan pesan moral sekaligus pelajaran hidup pembuka kuliah yang disampaikan Pak Dai pada perkuliahan kali ini.

Beberapa hal penting yang pahami pada perkuliahan kali ini adalah:

- Metode Numerik sangat mengassist perhitungan di bidang engineering, faktor cepat dan akurat memegang peranan penting dalam penggunaannya di lapangan.

- Efisiensi adalah alasan utama mengapa kita sebagai calon engineer semestinya memiliki keahlian metode numerik, terutama pemodelan/

- Berbicara mengenai pemodelan, Pak Dai sempat membahas mengenai mengapa pada perkuliahan metode numerik beliau memilih menggunakan OpenModellica dibanding bahasa pemrograman lain, seperti Fortran dan C, beliau menekankan bahwa Modelica merupakan bahasa pemodelan, hal ini menjadikannya tools yang mudah dioperasikan oleh kami yang berlatar belakang bukan dari Computer Science.

- Selain itu, Modelica adalah aplikasi yang bersifat Open-Source alias gratis, sehingga mahasiswa tidak perlu mengeluarkan biaya sepeserpun.

Tugas Minggu Ke-2

Pak Dai menugaskan kami untuk membuat sebuah class dan fungsi panggil. Disini saya akan mengerjakan sebuah soal Aljabar Linier dan mencari penyelesaiannya menggunakan perintah Modelica.Math.Matrices.solve

Perkuliahan Minggu Ke-3 (25 November 2020)

Pada perkuliahan ini Pak Dai menjelaskan tentang beberapa pengaplikasian metode numerik di dunia engineering, antara lain

- Computational Fluid Dynamic

- Metode Stokastik

- Finite Element Analysis

Sebelum membahas tentang aplikasi metode numerik pada permasalahan engineering, kita mereview tugas minggu ke-2 mengenai class dan function panggil, kemudian ternyata satu kelas masih kurang mencapai target Pak Dai, karena masih menggunakan function yang sudah disediakan oleh OpenModelica dan bukan membuat sendiri. Akhirnya cristo mencoba menjelaskan penyelesaian yang sudah dia buat seperti di bawah ini :

// Gauss-Jordan Algorithm
// Transforms input matrix A into reduced row echelon form matrix B
// Christopher S.E. November 2020
input Real [:,:] A;     // An augmented matrix of m*n
output Real [:,:] B;    // Output matrix in reduced row echelon form
// Local variables

protected
Integer h = 1;          // Initialize pivot row
Integer k = 1;          // Initialize pivot column
Integer m = size(A,1);  // Number of rows in matrix
Integer n = size(A,2);  // Number of columns in matrix
Integer c = 0;          // Index counter
Integer max_row;        // Row index of max number in pivot column

Real [:] pivot_column;  // Vector containing pivot column data
Real [:] pivot_row;     // Vector containing backwards pivot row data
Real [:,:] temp_array;  // Stores matrix data when switching rows
Real r;                 // Ratio value used for row operations

// Limit to handle floating point errors
Real float_error = 10e-10;

algorithm

// Transfer input matrix A into variable B
B := A;

while h <= m and k <= n loop
 
// Dealing with floating point errors
for i in 1:m loop
   for j in 1:n loop
     if abs(B[i,j]) <= float_error then
       B[i,j] := 0;
     end if;
   end for;
 end for;

 // Finding the pivot
   pivot_column := {B[i,h] for i in h:m};
 
   // Get position index of lowest row with greatest pivot number
   c:= h-1;
   for element in pivot_column loop
     c := c+1;
     if abs(element) == max(abs(pivot_column)) then
       max_row := c;
     end if;
   end for;
 
 // No pivot in this column, move on to next column
 if B[max_row, k] == 0 then
   k := k+1;
 
 else
   // Swap Rows h <-> max_row
   temp_array := B;
   temp_array[h] := B[max_row];
   temp_array[max_row] := B[h];
   B:= temp_array;
   
   // Divide pivot row by pivot number
   B[h] := B[h]/B[h,k];
   
   // For all rows below the pivot
   for i in (h+1):m loop
     
     // Store the ratio of the row to the pivot
     r := B[i,k] / B[h,k];
     
     // Set lower part of pivot column to zero
     B[i,k] := 0;
     
     // Operations on the remaining row elements
     for j in (k+1):n loop
         B[i,j] := B[i,j] - B[h,j] * r;
     end for;
     
   end for;
   
   // Move on to next pivot row and column
   h := h+1;
   k := k+1;
   
 end if;
 
end while;

// The matrix is now in row echelon form

// Set values of (h,k) to (m,n)
h := m;
k := n;

while h >= 1 and k >=1 loop

 // Dealing with floating point errors
 for i in 1:m loop
   for j in 1:n loop
     if abs(B[i,j]) <= float_error then
       B[i,j] := 0;
     end if;
   end for;
 end for;

 // Finding the pivot
   pivot_row := {B[h,i] for i in 1:k};
   
   // Get position index k of pivot
   c := 0;
   for element in pivot_row loop
     c := c+1;
     if element <> 0 then
       break;
     end if;
   end for;
   k := c;

 // No pivot in this row, move on to next row
 if B[h, k] == 0 then
Bold text   h := h-1;
   
 else
   
   // Perform row operations
   for i in 1:(h-1) loop
     r := B[i,k];
     B[i] := B[i] - B[h] * r;
   end for;
   
   // Move on to next pivot row and column
   h := h-1;
   k := k-1;
   
 end if;

end while;

// The matrix is now in reduced row echelon form

end GaussJordan; 

Tugas Minggu Ke-3

Persamaan

class Trusses_Tugas3_MRayhanFatur

parameter Integer N=8; //Global matrice = 2*points connected
parameter Real A=0.001; //Area m2
parameter Real E=200e9; //Pa
Real G[N,N]; //global
Real Ginitial[N,N]; //global
Real Sol[N]; //global dispplacement
Real X[N]={0,0,-1035.2762,-3863.7033,0,0,-1035.2762,-3863.7033};
Real R[N]; //global reaction force
Real SolMat[N,1];
Real XMat[N,1];

//boundary condition
Integer b1=1;
Integer b2=3;

//truss 1
parameter Real X1=0; //degree between truss
Real k1=A*E/1;
Real K1[4,4]; //stiffness matrice
Integer p1a=1;
Integer p1b=2;
Real G1[N,N];

//truss 2
parameter Real X2=0; //degree between truss
Real k2=A*E/1;
Real K2[4,4]; //stiffness matrice
Integer p2a=2;
Integer p2b=3;
Real G2[N,N];

//truss 3
parameter Real X3=90; //degree between truss
Real k3=A*E/1.25;
Real K3[4,4]; //stiffness matrice
Integer p3a=2;
Integer p3b=4;
Real G3[N,N];

//truss 4
parameter Real X4=90+38.6598; //degree between truss
Real k4=A*E/1.6;
Real K4[4,4]; //stiffness matrice
Integer p4a=1;
Integer p4b=4;
Real G4[N,N];

//truss 5
parameter Real X5=90-38.6598; //degree between truss
Real k5=A*E/1.6;
Real K5[4,4]; //stiffness matrice
Integer p5a=3;
Integer p5b=4;
Real G5[N,N];

/*
for each truss, please ensure pXa is lower then pXb (X represents truss element number)
*/

algorithm

//creating global matrice
K1:=Stiffness_Matrices(X1);
G1:=k1*Local_Global(K1,N,p1a,p1b);

K2:=Stiffness_Matrices(X2);
G2:=k2*Local_Global(K2,N,p2a,p2b);

K3:=Stiffness_Matrices(X3);
G3:=k3*Local_Global(K3,N,p3a,p3b);

K4:=Stiffness_Matrices(X4);
G4:=k4*Local_Global(K4,N,p4a,p4b);

K5:=Stiffness_Matrices(X5);
G5:=k5*Local_Global(K5,N,p5a,p5b);

G:=G1+G2+G3+G4+G5;
Ginitial:=G;

//implementing boundary condition
for i in 1:N loop
 G[2*b1-1,i]:=0;
 G[2*b1,i]:=0;
 G[2*b2-1,i]:=0;
 G[2*b2,i]:=0;
end for;

G[2*b1-1,2*b1-1]:=1;
G[2*b1,2*b1]:=1;
G[2*b2-1,2*b2-1]:=1;
G[2*b2,2*b2]:=1;

//solving displacement
Sol:=Gauss_Jordan(N,G,X);

//solving reaction force
SolMat:=matrix(Sol);
XMat:=matrix(X);
R:=Reaction_Trusses(N,Ginitial,SolMat,XMat);

end Trusses_Tugas3_MRayhanFatur;

Fungsi Panggil Yang Digunakan

Matrice Transformation function Stiffness_Matrices input Real A; Real Y; output Real X[4,4]; Real float_error = 10e-10; final constant Real pi=2*Modelica.Math.asin(1.0); algorithm Y:=A/180*pi; X:=[(Modelica.Math.cos(Y))^2,Modelica.Math.cos(Y)*Modelica.Math.sin(Y),-(Modelica.Math.cos(Y))^2,-Modelica.Math.cos(Y)*Modelica.Math.sin(Y); Modelica.Math.cos(Y)*Modelica.Math.sin(Y),(Modelica.Math.sin(Y))^2,-Modelica.Math.cos(Y)*Modelica.Math.sin(Y),-(Modelica.Math.sin(Y))^2; -(Modelica.Math.cos(Y))^2,-Modelica.Math.cos(Y)*Modelica.Math.sin(Y),(Modelica.Math.cos(Y))^2,Modelica.Math.cos(Y)*Modelica.Math.sin(Y); -Modelica.Math.cos(Y)*Modelica.Math.sin(Y),-(Modelica.Math.sin(Y))^2,Modelica.Math.cos(Y)*Modelica.Math.sin(Y),(Modelica.Math.sin(Y))^2]; for i in 1:4 loop for j in 1:4 loop if abs(X[i,j]) <= float_error then X[i,j] := 0; end if; end for; end for; end Stiffness_Matrices;

Global Element Matrice function Local_Global input Real Y[4,4]; input Integer B; input Integer p1; input Integer p2; output Real G[B,B]; algorithm for i in 1:B loop for j in 1:B loop G[i,j]:=0; end for; end for; G[2*p1,2*p1]:=Y[2,2]; G[2*p1-1,2*p1-1]:=Y[1,1]; G[2*p1,2*p1-1]:=Y[2,1]; G[2*p1-1,2*p1]:=Y[1,2]; G[2*p2,2*p2]:=Y[4,4]; G[2*p2-1,2*p2-1]:=Y[3,3]; G[2*p2,2*p2-1]:=Y[4,3]; G[2*p2-1,2*p2]:=Y[3,4]; G[2*p2,2*p1]:=Y[4,2]; G[2*p2-1,2*p1-1]:=Y[3,1]; G[2*p2,2*p1-1]:=Y[4,1]; G[2*p2-1,2*p1]:=Y[3,2]; G[2*p1,2*p2]:=Y[2,4]; G[2*p1-1,2*p2-1]:=Y[1,3]; G[2*p1,2*p2-1]:=Y[2,3]; G[2*p1-1,2*p2]:=Y[1,4]; end Local_Global;

Reaction Matrice Equation function Reaction_Trusses input Integer N; input Real A[N,N]; input Real B[N,1]; input Real C[N,1]; Real X[N,1]; output Real Sol[N]; Real float_error = 10e-10; algorithm X:=A*B-C; for i in 1:N loop if abs(X[i,1]) <= float_error then X[i,1] := 0; end if; end for; for i in 1:N loop Sol[i]:=X[i,1]; end for; end Reaction_Trusses;

Gauss Jordan

function Gauss_Jordan input Integer N; input Real A[N,N]; input Real B[N]; output Real X[N]; Real float_error = 10e-10; algorithm X:=Modelica.Math.Matrices.solve(A,B); for i in 1:N loop if abs(X[i]) <= float_error then X[i] := 0; end if; end for; end Gauss_Jordan; Grafik Grafik Displacement Grafik Reaction Forces KUIS Flowchart Minggu Ke-4 Pada minggu ke-4 ini, perkuliahan terhalang oleh libur karena adanya Pilkada, sehingga Pak Dai memberikan tugas untuk mengerjakan soal di bawah ini: Untuk memahami alur logika untuk mengerjakan soal di atas dengan metode numerik, saya mencoba membuat Class Diagram dan Flow Chart terkait soal berikut: Dan berikut penjabaran dari flow chart di atas Berikut adalah pemrograman OpenModellica saya function StiffnessMatrixElement input Real [:,9] inisiasi_mat; output Real [size(inisiasi_mat,1),6,6] Ke_mat; protected Real cos_x; Real cos_y; Real cos_z; Real [6] StiffTrig; Real [6,6] StiffTrans; Real [size(inisiasi_mat,1)] k_vec; algorithm k_vec := {(inisiasi_mat[i,7] * inisiasi_mat[i,8] / inisiasi_mat[i,9]) for i in 1:size(inisiasi_mat,1)}; // Finding stiffness matrix of each element member for i in 1:size(inisiasi_mat,1) loop // Clearing the matrices StiffTrig := zeros(6); StiffTrans := zeros(6,6); // Converting degrees to radians cos_x := inisiasi_mat[i,4]; cos_y := inisiasi_mat[i,5]; cos_z := inisiasi_mat[i,6]; // {cos^2, sin^2, sincos} StiffTrig := {(cos_x)^2, (cos_y)^2, (cos_z)^2, (cos_x*cos_y), (cos_x*cos_z), (cos_y*cos_z)}; // Construct stiffness transformation matrix StiffTrans := [ StiffTrig[1], StiffTrig[4], StiffTrig[5], -1*StiffTrig[1], -1*StiffTrig[4], -1*StiffTrig[5]; StiffTrig[4], StiffTrig[2], StiffTrig[6], -1*StiffTrig[4], -1*StiffTrig[2], -1*StiffTrig[6]; StiffTrig[5], StiffTrig[6], StiffTrig[3], -1*StiffTrig[5], -1*StiffTrig[6], -1*StiffTrig[3]; -1*StiffTrig[1], -1*StiffTrig[4], -1*StiffTrig[5], StiffTrig[1], StiffTrig[4], StiffTrig[5]; -1*StiffTrig[4], -1*StiffTrig[2], -1*StiffTrig[6], StiffTrig[4], StiffTrig[2], StiffTrig[6]; -1*StiffTrig[5], -1*StiffTrig[6], -1*StiffTrig[3], StiffTrig[5], StiffTrig[6], StiffTrig[3]]; // Multiply in stiffness constant of element, add final stiffness matrix to Ke_mat for m in 1:6 loop for n in 1:6 loop Ke_mat[i,m,n] := k_vec[i] * StiffTrans[m,n]; end for; end for; end for; end StiffnessMatrixElement;

function StiffnessMatrixGlobal input Integer [:,2] n; input Integer x; input Integer y; input Real [y,6,6] Ke_mat; output Real [y,x,x] Kg_mat; algorithm for i in 1:y loop for a in 1:x loop for b in 1:x loop Kg_mat[i,a,b]:=0; end for; end for; end for; for i in 1:y loop Kg_mat[i,3*n[i,1],3*n[i,1]]:=Ke_mat[i,3,3]; Kg_mat[i,3*n[i,1],3*n[i,1]-1]:=Ke_mat[i,3,2]; Kg_mat[i,3*n[i,1],3*n[i,1]-2]:=Ke_mat[i,3,1]; Kg_mat[i,3*n[i,1]-1,3*n[i,1]]:=Ke_mat[i,2,3]; Kg_mat[i,3*n[i,1]-1,3*n[i,1]-1]:=Ke_mat[i,2,2]; Kg_mat[i,3*n[i,1]-1,3*n[i,1]-2]:=Ke_mat[i,2,1]; Kg_mat[i,3*n[i,1]-2,3*n[i,1]]:=Ke_mat[i,1,3]; Kg_mat[i,3*n[i,1]-2,3*n[i,1]-1]:=Ke_mat[i,1,2]; Kg_mat[i,3*n[i,1]-2,3*n[i,1]-2]:=Ke_mat[i,1,1]; Kg_mat[i,3*n[i,2],3*n[i,2]]:=Ke_mat[i,6,6]; Kg_mat[i,3*n[i,2],3*n[i,2]-1]:=Ke_mat[i,6,5]; Kg_mat[i,3*n[i,2],3*n[i,2]-2]:=Ke_mat[i,6,4]; Kg_mat[i,3*n[i,2]-1,3*n[i,2]]:=Ke_mat[i,5,6]; Kg_mat[i,3*n[i,2]-1,3*n[i,2]-1]:=Ke_mat[i,5,5]; Kg_mat[i,3*n[i,2]-1,3*n[i,2]-2]:=Ke_mat[i,5,4]; Kg_mat[i,3*n[i,2]-2,3*n[i,2]]:=Ke_mat[i,4,6]; Kg_mat[i,3*n[i,2]-2,3*n[i,2]-1]:=Ke_mat[i,4,5]; Kg_mat[i,3*n[i,2]-2,3*n[i,2]-2]:=Ke_mat[i,4,4]; Kg_mat[i,3*n[i,2],3*n[i,1]]:=Ke_mat[i,6,3]; Kg_mat[i,3*n[i,2],3*n[i,1]-1]:=Ke_mat[i,6,2]; Kg_mat[i,3*n[i,2],3*n[i,1]-2]:=Ke_mat[i,6,1]; Kg_mat[i,3*n[i,2]-1,3*n[i,1]]:=Ke_mat[i,5,3]; Kg_mat[i,3*n[i,2]-1,3*n[i,1]-1]:=Ke_mat[i,5,2]; Kg_mat[i,3*n[i,2]-1,3*n[i,1]-2]:=Ke_mat[i,5,1]; Kg_mat[i,3*n[i,2]-2,3*n[i,1]]:=Ke_mat[i,4,3]; Kg_mat[i,3*n[i,2]-2,3*n[i,1]-1]:=Ke_mat[i,4,2]; Kg_mat[i,3*n[i,2]-2,3*n[i,1]-2]:=Ke_mat[i,4,1]; Kg_mat[i,3*n[i,1],3*n[i,2]]:=Ke_mat[i,3,6]; Kg_mat[i,3*n[i,1],3*n[i,2]-1]:=Ke_mat[i,3,5]; Kg_mat[i,3*n[i,1],3*n[i,2]-2]:=Ke_mat[i,3,4]; Kg_mat[i,3*n[i,1]-1,3*n[i,2]]:=Ke_mat[i,2,6]; Kg_mat[i,3*n[i,1]-1,3*n[i,2]-1]:=Ke_mat[i,2,5]; Kg_mat[i,3*n[i,1]-1,3*n[i,2]-2]:=Ke_mat[i,2,4]; Kg_mat[i,3*n[i,1]-2,3*n[i,2]]:=Ke_mat[i,1,6]; Kg_mat[i,3*n[i,1]-2,3*n[i,2]-1]:=Ke_mat[i,1,5]; Kg_mat[i,3*n[i,1]-2,3*n[i,2]-2]:=Ke_mat[i,1,4]; end for; end StiffnessMatrixGlobal; function GaussJordan input Integer x; input Real [x,x] KgB_met; input Real [x] load_met; output Real [x] U_met; protected Real float_error = 10e-10; algorithm U_met:=Modelica.Math.Matrices.solve(KgB_met,load_met); for i in 1:x loop if abs(U_met[i]) <= float_error then U_met[i] := 0; end if; end for; end GaussJordan; function ReactionForce input Integer x; input Real [x,x] KgTot_met; input Real [x] U_met; input Real [x] load_met; output Real [x] R_met; algorithm R_met := (KgTot_met*U_met)-load_met; end ReactionForce; class TugasWeek4 parameter Real [:,9] inisiasi = [1, 1, 2, -0.8, 0, -0.6, 15e-4, 70e9, 2.5; 2, 1, 3, -0.8, -0.6, 0, 15e-4, 70e9, 2.5; 3, 1, 4, -0.8, 0, 0.6, 15e-4, 70e9, 2.5]; parameter Integer [:,2] node = [1, 2; 1, 3; 1, 4]; parameter Integer y = size(node,1); parameter Integer x = 3*(size(node_load,1)); parameter Integer z = size(Boundary,1); parameter Integer [:] Boundary = {2,3,4}; parameter Real [:,4] node_load = [1, 0, -5000, 0; 2, 0, 0, 0; 3, 0, 0, 0; 4, 0, 0, 0]; parameter Real [x] load = {0,-5000, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}; Real [y] k; Real [y,6,6] Ke; Real [y,x,x] Kg; Real [x,x] KgTot; Real [x,x] KgB; Real [x] U; Real [x] R; equation k = {(inisiasi[i,7] * inisiasi[i,8] / inisiasi[i,9]) for i in 1:y}; Ke = StiffnessMatrixElement(inisiasi); Kg = StiffnessMatrixGlobal(node, x, y, Ke); KgTot = SumStiffnessMatrixGlobal(x, y, Kg); KgB = BoundaryStiffnessMatrixGlobal(x, z, KgTot, Boundary); U = GaussJordan(x, KgB, load); R = ReactionForce(x, KgTot, U, load); end TugasWeek4; Kuliah Tanggal 23 Desember 2020 TUJUAN Kuliah kali ini kita melaksanakan kuis mengenai optimasi 3D Truss menggunakan class algoritma yang sebelumnya telah disusun pada kuliah minggu lalu. 3D Truss yang dimaksud seperti ini. Kuis ini juga sekaligus mendukung pengerjaan tugas besar, pada tugas besar Pak Dai meminta untuk menentukan jenis material, harga material, dan luas cross sectional area dari truss. Kami juga diminta untuk melakukan optimasi dan membentuk curve fitting pada variabel harga PENGERJAAN Analisis -