pemodelan balok baja IWF pada program ANSYS

�� = √2 2 [ σ t – σ v 2 + σ y – σ z 2 + σ z – σ x 2 + 6τ 2xy + τ 2xy + τ 2xy ] untuk tegangan uniaksial σ 12 x , dan daerah plastis dimana rasio poisson adalah 0,5 , kita dapatkan �� = σ x

IV.3. pemodelan balok baja IWF pada program ANSYS

Sebelum saya memodelkan cellular beam yang lebih sulit pada program ANSYS, terlebih dahulu saya modelkan dengan memakai balok baja profil IWF karena hasil yang dihasilkan dari program ANSYS dapat dibandingkan langsung dengan perhitungan manual, baik dalam hal lendutan, momen, dan tegangan. Pada pemodelan ini, saya akan modelkan balok baja IWF dalam dua elemen yaitu elemen garis dan elemen solid. Pada elemen solid, kita dapat melihat caa kerja dari program ANSYS ini yaitu dengan membandingkan hasil analisis yang berbeda pada tampang yang sama pada program ANSYS. Selain itu balok baja yang akan dianalisis terdiri dari 3 bentang yaitu pendek 3m, sedang 6m, dan panjang 10m. pada analisis ini digunakan balok baja IWF dengan tampang 500 x 200 x 89.7 kgm. IV.3.1. pemodelan elemen garis pada balok baja IWF IV.3.1a. pemodelan elemen garis pada balok baja IWF tahap preprocessor Adapun langkah-langkah pemodelan balok baja IWF sampai dengan tahap analisisnya pada program ANSYS yaitu: • Setelah program ANSYS dijalankan maka pertama-tama kita samakan dahulu satuan yang ada, yaitu satuan SI. Untuk menyamakan satuannya, pada bagian command di ketikkan “units,si” . Universitas Sumatera Utara Setelah itu kita dapat melihat satuan-satuan yang ada pada bagian output windows di bagian command prompt. • Setelah satuannya disamakan, kita mulai modelkan elemen garisnya. pertama dibagian kiri ANSYS , ada terdapat “ANSYS main menu” . lalu kita buat titik yang akan digunakan. Preprocessor modeling create keypoints in active CS Universitas Sumatera Utara Pada table di atas nilai koordinat yang dimasukkan untuk bentang pendek 3m dan untuk bentang sedang dan panjang , kita tinggal menggantikan nilai koordinat x dengan ‘3’ pada keypoint 2 dan ‘6’ pada keypoint 3 untuk bentang sedang 6m dan untuk bentang panjang ‘5’ pada keypoint 2 dan ‘10’ pada keypoint 3. • Setelah itu kita membuat garis untuk menghubungkan titik yang telah di buat . Preprocessor Modelling Create Lines Lines Straight Line. Klik keypoint 1 dan 2 lalu klik keypoint 2 dan 3 lalu ok. • Menentukan tipe elemen yang digunakan. Preprocessor Element Type AddEditDelete… Dalam hal ini kita menggunakan BEAM3 element. Elemen ini memiliki 3 derajat kebebasan translasi pada sumbu x dan y dan rotasi pada sumbu Z. BEAM 3 hanya dapat digunakan untuk analisis 2 dimensi. keypoint coordinates x,y,z 1 0,0,0 2 1.5,0,0 3 3,0,0 Universitas Sumatera Utara • Menentukan Real Constants Preprocessor Real Constants… AddEditDelete Add… ok Dalam tabel ‘Real Constant for BEAM3’, masukkan nilai geometrinya : cross-sectional area AREA 0.01142 m 2 Area moment of inertia IZZ 0.000478 m 4 Total beam height HEIGHT 0.5 m • Menentukan elemen material properties. Preprocessor Material Props Material Models Structural linear Elastic Isotropic. Pada tabel yang muncul, diisi dengan : youngs modulus EX 2E11 Pa Poissons Ratio PRXY 0.3 Universitas Sumatera Utara • Menentukan ukuran mesh. Preprocessor Meshing Size Controls Manual Size lines All lines… Universitas Sumatera Utara Masukkan nilai pada ‘element edge length’ yaitu 0.15 m atau nilai pada ‘ No. of element divisions’ yaitu 10 . yang berarti garis tersebut akan terbagi 10 bagian antara titik yang satu dengan titik yang lain yang terhubung. • Membagi elemen garisnya. Preprocessor Meshing Mesh Lines klik ‘pick all’. IV.3.1b.pemberian beban dan analisis elemen garis pada balok baja IWF tahap solution. • Menentukan tipe analisis Solution Analysis Type New Analysis Static • Memberi perletakan. Solution Define Loads Apply Structural Displacement On keypoints Universitas Sumatera Utara Klik keypoint 1 lalu ok dan klik UX dan UY pada ‘DOFs to be constrained’dan masukan nilai ‘0’ pada ‘Displacement value’. Dan untuk keypoint 3 hanya dipakai UY. • Memberi beban. Dalam hal ini beban terpusat, misalkan beban yang diberikan sebesar 200 KN. Solution Define Loads Apply Structural ForceMoments On keypoints. Universitas Sumatera Utara Klik pada keypoint 2 lalu pada ‘direction of forcemom’ diganti menjadi arah ‘FY’ dan isi ‘ VALUE forcemoment value’ sebesar -200000 N . tanda minus - artinya ke bawah. Hasil yang telah dibuat akan ditampilkan seperti di bawah ini : • Lakukan analisisnya atau menjalankan analisisnya. Solution Solve Current LS. Jika tidak ada masalah maka analisisnya bisa dijalankan dan apabila bermasalah akan keluar tanda error dimana hasil dari analisis kita tidak akan keluar. Contoh analisis yang sudah benar akan keluar tanda seperti dibawah ini: Universitas Sumatera Utara IV.3.1c.menampilkan hasil analisis elemen garis pada balok baja IWF tahap postprocessing. • Menampilkan lendutan yang terjadi. General Postproc Plot result Deformed shape • Menampilkan tabel reaksi perletakan. General postproc List Result Reaction Solution All struc force F Universitas Sumatera Utara • Menampilkan diagram momen dan diagram tegangan General Postproc Element Table define table klik add Untuk momen tabel yang ada diisi dengan: eff NU for EQV strain user label for item Imoment result data item by sequence num SMISC SMISC,6 eff NU for EQV strain user label for item Jmoment result data item by sequence num SMISC SMISC,12 Universitas Sumatera Utara Setelah tabel tersebut diisi maka klik apply karena tabel tersebut akan diisi untuk tegangan. Untuk tegangan tabel yang ada diisi dengan : eff NU for EQV strain user label for item SMAXI result data item by sequence num NMISC NMISC,1 Setelah semua diisi maka klik ok dan akan muncul ‘Element Table Data’ seperti dibawah lalu klik close. eff NU for EQV strain user label for item SMAXJ result data item by sequence num NMISC NMISC,3 Universitas Sumatera Utara Untuk melihat diagram momen dan tegangan yaitu: General Postproc Plot Results Countur Plot Line Elem Res… Untuk melihat diagram momen maka pilih Imoment pada LabI dan pilih Jmoment pada LabJ sedangkan untuk diagram tegangan pilih SMAXI pada LabI dan pilih SMAXJ pada LabJ. Berikut ini ditampilkan gambar diagram momen dan diagram tegangan : Universitas Sumatera Utara a b Gambar IV.1. a diagram momen b diagram tegangan • Menampilkan tabel hasil momen dan tegangan . General Postproc List Result Elem Table Data Universitas Sumatera Utara Klik Imoment dan Jmoment untuk tabel momen dan SMAXI dan SMAXJ untuk tabel tegangan. Berikut ini ditampilkan tabel momen dan tegangan : a Universitas Sumatera Utara b Gambar IV.2. a tabel momen b tabel tegangan IV.3.2. pemodelan elemen solid pada balok baja IWF . IV.3.2a. pemodelan elemen solid pada balok baja IWF tahap preprocessor Adapun langkah-langkah pemodelan balok baja IWF sampai dengan tahap analisisnya pada program ANSYS yaitu: • Pertama-tama kita menyamakan satuannya menjadi satuan SI. Command : units,si • Tentukan titik-titik koordinat yang dapat membuat suatu profil I . Preprocessor Modelling Create Keypoints In Active CS keypoint coordinates x,y,z 1 0 ; 0 ; 0 2 0 ; 0.016 ; 0 3 0 ; 0.016 ; -0.095 4 0 ; 0.016 ; -0.105 5 0 ; 0.016 ; -0.2 6 0 ; 0 ; -0.2 7 0 ; 0.484 ; -0.2 8 0 ; 0.484 ; -0.105 9 0 ; 0.484 ; -0.095 10 0 ; 0.484 ; 0 11 0 ; 0.5 ; 0 12 0 ; 0.5 ; -0.2 • Penggambaran bentuk I pada titik-titik koordinat yang di atas. Preprocessor Modelling Create Area Arbitrary Through KPs Universitas Sumatera Utara Klik titik-titik koordinat yang ada hingga membentuk bentuk I seperti profil baja IWF yang tampak seperti di bawah : • Setelah terbentuk luasan I , kita buat luasan yang ada menjadi elemen solid 3 dimensi . Preprocessor Modelling Operate Extrude Areas Along Normal Klik luasan I nya lalu ok. Lalu masukkan nilai ‘-3’ pada ‘Length of extrusion’. Yang berarti panjangnya 3 m. Universitas Sumatera Utara • Setelah prosedur di atas dilakukan maka pada ANSYS akan menampilkan model seperti di bawah ini : • Model IWF yang kita inginkan sudah ada tinggal ditentukan elemen- elemennya lalu dianalisis. Sekarang kita tentukan tipe elemen yang cocok dengan model di atas. Preprocessor Element Type AddEditDelete… Universitas Sumatera Utara Elemen yang dipilih adalah elemen solid tipe Brick 8node45 karena setelah saya mencoba beberapa kali, tipe Brick 8node45 lebih cocok dengan analisis yang dilakukan baik linear maupun nonlinear untuk berbagai macam bentang. • Menentukan elemen material properties. Preprocessor Material Props Material Models Structural linear Elastic Isotropic. Pada tabel yang muncul, diisi dengan : youngs modulus EX 2E11 Pa Poissons Ratio PRXY 0.3 • Untuk analisis nonlinear material. Preprocessor Material Props Material Models Structural nonlinear Elastic Multilinear Elastic. Klik add point hingga titiknya menjadi 13 titik dan masukkan nilai tegangan dan regangan seperti dibawah. Universitas Sumatera Utara Setelah dimasukan nilai tegangan dan tegangan seperti di atas maka akan tampil grafik antara tegangan dan regangan seperti di bawah. • Membagi model yang ada menjadi elemen yang lebih kecil Preprocessor Meshing Mesh Volumes Free klik model ok. Apabila elemen yang dibagi masih terlalu besar maka kita dapat membagi model tersebut menjadi elemen yang lebih kecil lagi sehingga hasil yang didapatkan lebih akurat. Preprocessor Meshing Modiy Mesh Refine At All . Universitas Sumatera Utara Angka pada ‘Level of refinement’ adalah berapa kali kita inginkan pembagian pada model tersebut. IV.3.2b.pemberian beban dan analisis elemen solid pada balok baja IWF tahap solution. • Menentukan tipe analisis Solution Analysis Type New Analysis Static • Menerapkan analisis nonlinear geometri Solution Sol’n controls tampilan tabel Pada tabel ‘Basic’ terapkan seperti yang ada di bawah: analysis option large displacement of static automatic time stepping on Universitas Sumatera Utara number of substeps 20 max no. of substeps 1000 mn no. of substeps 1 Misalkan masukkan angka 5 pada number of substeps. Ini akan mengatur substeps awal menjadi 15 dari total beban. Misalkan beban yang diterapkan 100 KN. Jika ‘Automatic Time Stepping’ bersifat tidak aktif, maka akan ada 5 kali beban yang diterapkan masing-masing naik 15 dari total beban.  20 KN  40 KN  60 KN’  80 KN  100 KN Universitas Sumatera Utara Sekarang, dengan ‘Automatic Time Stepping’ bersifat aktif, maka beban pertama akan 20 KN. Bagaimanapun, substeps yang lainnya akan ditentukan berdasar dari respon dari material yang disebabkan kenaikan beban sebelumnya. • Memberi perletakan. Solution Define Loads Apply Structural Displacement On lines Klik garis di bagian kiri dan flens bawah model lalu ok dan klik All DOF pada ‘DOFs to be constrained’dan masukan nilai ‘0’ pada ‘Displacement value’. Dan untuk garis di bagian kanan dan flens bawah hanya dipakai UY. • Memberi beban. Dalam hal ini beban terpusat, misalkan beban yang diberikan sebesar 200 KN. Solution Define Loads Apply Structural ForceMoments On nodes. Universitas Sumatera Utara Klik pada node di tengah bentang lalu pada ‘direction of forcemom’ diganti menjadi arah ‘FY’ dan isi ‘ VALUE forcemoment value’ sebesar -200000 N . tanda minus - artinya ke bawah. • Hasil yang telah dibuat akan ditampilkan seperti di bawah ini : • Lakukan analisisnya atau menjalankan analisisnya. Solution Solve Current LS. Universitas Sumatera Utara Jika tidak ada masalah maka analisisnya bisa dijalankan dan apabila bermasalah akan keluar tanda error dimana hasil dari analisis kita tidak akan keluar. IV.3.2c.menampilkan hasil analisis elemen solid pada balok baja IWF tahap postprocessing. • Menampilkan lendutan yang terjadi. General Postproc Plot result Deformed shape • Menampilkan tabel reaksi perletakan. General postproc List Result Reaction Solution All struc force F Universitas Sumatera Utara • Menampilkan tegangan maupun regangan yang terjadi pada model balok baja IWF. General Postproc Plot Result Countur Plot Nodal Solution. Dari hasil tegangan yang ditampilkan, kita dapat melihat di daerah mana terjadi tegangan yang paling maksimum maupun minimum melalui perbedaan yang disajikan dengan nilai tegangan yang berbeda. a Universitas Sumatera Utara b Gambar IV.3. a tabel untuk memilih hasil tegangan regangan b tegangan 1 st • Menampilkan tabel hasil tegangan. principal stress General Postproc List Results Element Solution Stress X-component of stress Dalam menganalisa hasil tegangannya, caranya adalah kita pilih terlebih dahulu “Element Number” yang letaknya berdekatan dengan titik tengah karena di titik tengah tersebut terjadi tegangan maksimum. Universitas Sumatera Utara Cara untuk menampilkan “Element Number” adalah dengan pilih menu plotcntrls lalu numbering dan kemudian pada baris “elemattrib numbering” pilih element number. Setelah itu pilih menu plot lalu element untuk menampilkan element number. Pilihlah beberapa no dan lakukan hitungan matematis untuk mencari rata-rata tegangan yang terjadi baik diflens atas, web atas, tengah profil, web bawah dan flens bawah. IV.3.3. Contoh Perhitungan Secara Manual 1. Hitunglah lendutan maksimum, momen maksimum dan tegangan maksimum pada gambar di bawah penampang IWF 500X200, dan E= 200000 Mpa. a Lendutan maksimum δmaks = �� 3 48 �� = 200000 �3� 3 48 � 200000 � 106 � � 2 �0.000478 � 4 = 0.001177 m = 1.177 mm b Momen maksimum Mmaks = 1 4 PL Universitas Sumatera Utara = 1 4 200000 N 3m = 150000 Nm c Tegangan maksimum σ = �� � = 150000 1 2 .0.5 .000478 = 78,5 Mpa 2. Hitunglah momen kritis yang terjadi pada suatu perletakan sederhana dari profil IWF 500X200 bila bekerja pada bentang a 10m, b 6m, dan c 3m. E=200000Mpa ; G=80000Mpa ; Fr=70Mpa ; Fy=240Mpa data balok IWF 500X200 berat = 89,7 Kgm Ix = 47800 cm 4 h = 500 mm Iy = 2140 cm 4 b = 200 mm Zx = 1910 cm 3 tw = 10 mm Zy = 214 cm 3 tf = 16 mm r = x 20,5 cm A = 114,2 cm r 2 = y 4,33 cm a. L b  L = L = 10 m. p = 790 √240 4.33 = 790 �� �� � � = 220,8 cm  J = 13 2bt f 3 + ht w 3 = 13 2 x 200 x 16 3 + 500 x 10 3 Universitas Sumatera Utara = 712800 mm  C 4 w = 500 2 2140 �10 4 4 = ℎ 2 �� 4 = 1.3375 x 10 12 mm 6  X 1 = 3 .14 1910000 � 2 �10 5 8 �10 4 712800 11420 2 = � � � � ���� 2 = 13266 Mpa  X 2 = 4 1 .3375 � 10 12 2140 � 10 4 � 1910000 80000 � 712800 � 2 = 4 � � � � � � � �� � 2 = 2.81 x 10 -4  L Mpa r = 4 .3313266 240 −70 � 1 + � 1 + 2 .81�10 −4 240 − 70 2 = � � � 1 �� �� −� � � � 1 + � 1 + � 1 � �� − � � 2 = 677 cm  Karena L b L r , maka kuat nominal dihitung dengan persamaan : Universitas Sumatera Utara  Mn = � � � 1 √2 � � � � �1 + � 1 2 � 2 2 �� �� 2 = 1910000 � 13266√2 10000 43 .3 �1 + 13266 2 � 2.81�10 −4 28000 43 .3 2 = 129298953 x 1.32194 = 170.9 KNm b. L b  Karena L = L = 6m p L b L r  M , maka kuat lentur nominal balok dihitung dengan persamaan: n = M p – M p -M r  M � � � −� � � � −� � � r = F y – F r S = 240 – 70 1910000 x = 324.7 KNm  M p = Z x F = 1.12 S y x F = 1.12 x 1910000 x 240 y = 513.4 KNm  M n = 356.6 KNm = 513.4 – 513.4 – 324.7 � 600 −220.8 677 −220.8 � c. Lb = 3m Universitas Sumatera Utara  Karena L p L b L r  M , maka kuat lentur nominal balok dihitung dengan persamaan: n = M p – M p -M r M � � � −� � � � −� � � n M = 513.4 – 513.4 – 324.7 � 300 −220.8 677 −220.8 � n = 480.6 KNm 3. Hitunglah tegangan yang terjadi pada tengah bentang akibat lentur, torsi dan gaya lintang dan dibandingkan dengan ANSYS gambar sama seperti soal no.1. E=200000Mpa ; G=80000Mpa ; Fr=70Mpa ; Fy=240Mpa ; L=3m data balok IWF 500X200 berat = 89,7 Kgm Ix = 47800 cm 4 h = 500 mm Iy = 2140 cm 4 b = 200 mm Zx = 1910 cm 3 tw = 10 mm Zy = 214 cm 3 tf = 16 mm r = x 20,5 cm A = 114,2 cm r 2 = y 4,33 cm  Penyelesaian : digunakan rumus untuk tampang tipis terbuka  J = 13 2bt f 3 + ht w 3 = 13 2 x 200 x 16 3 + 500 x 10 3 = 712800 mm  C 4 w = 500 2 2140 �10 4 4 = ℎ 2 �� 4 Universitas Sumatera Utara = 1.3375 x 10 12 mm  � 2 = �� �� � 6 = 80000 712800 200000 1 .3375�10 12 = 4.6 x 10 -3 cm 3  � = � ��� ��� − sinh �� cosh � � 2 �  �′ = � ��� �� − λscosh �� cosh � � 2 �  � ′′ = �� 2 �� �− sinh �� cosh � � 2 �  � ′′′ = �� 2 2 �� �− cosh �� cosh � � 2 �  Karena yang dihitung hanya tegangan maksimum, dan tegangan maksimum terjadi pada tengah bentang maka nilai z=1.5m .  Tegangan akibat torsi. � = −� � 2 ℎ�′′′ 16 z=1.5m → v’’’ = -3.711 x 10 -10 Universitas Sumatera Utara � ��� = −200000000200 2 480 16 −3.711�10 −10 � ��� = 890000 ��� 2  Tegangan akibat lentur. � = −� �ℎ�′′ 4 z = 1.5 m → v’’ = -8.067 x 10 -7 � ��� = −200000000200480 4 −8.067�10 −7 � ��� = 3870000 ��� 2  Tegangan akibat gaya lintang. � = �� �� Di mana : Q = -E Iy ℎ 4 �′′′ S = � 2 �� 8 I = ½ Iy  z = 0 , v’’’ = 3.641 x 10 Q = - 200000000 21400000 � 480 4 �3.641 x 10 -10 -10 = 187000000 Universitas Sumatera Utara  S = 200 2 16 8 = 80000  I = 0.5 21400000 = 10700000  � = �� �� = 187000000 80000 20010700000 = 700000 Nmm 2  Tabel perbandingan tegangan dari perhitungan dan ANSYS NO Tegangan σ Tegangan geser τ manual ANSYS Manual ANSYS 1 74.7 Mpa 71.1 Mpa 0.7 Mpa 1.47 Mpa 2 78.5 Mpa 77.6 Mpa 1.59 Mpa 2.31 Mpa 3 82.28 Mpa 68.9 Mpa 0.7 Mpa 0.15 Mpa 4 3.78 Mpa 5.17 Mpa 0.89 Mpa 0.69 Mpa 5 82.3 Mpa 72.6 Mpa 0.7 Mpa 0.04 Mpa 6 78.5 Mpa 63.7 Mpa 0.19 Mpa 0.35 Mpa 7 74.7 Mpa 72.8 Mpa 0.7 Mpa 0.69 Mpa hasil tegangan berdasarkan program ANSYS titik node σ Nmm 2 rata - rata τ Nmm 2 rata - rata 1 2815 -7.74E+07 -7.11E+07 -3.54E+07 -1.47E+06 5617 -6.47E+07 3.24E+07 2 4968 -9.79E+07 -7.76E+07 3.02E+07 -2.31E+06 Universitas Sumatera Utara 5115 -7.41E+07 -1.14E+07 5116 -6.07E+07 -2.57E+07 3 650 -5.70E+07 -6.89E+07 7.05E+06 -1.53E+05 7306 -8.08E+07 -7.35E+06 4 1178 -1.92E+07 5.17E+06 7.38E+05 6.94E+05 7111 -3.01E+07 -1.12E+07 7797 3.81E+07 2.52E+06 9227 3.19E+07 1.07E+07 5 2666 8.04E+07 7.26E+07 -3.15E+06 4.22E+04 9614 6.48E+07 3.23E+06 6 10706 6.39E+07 6.37E+07 -3.64E+06 -3.48E+05 10707 6.32E+07 7.49E+06 10831 6.41E+07 -4.89E+06 7 5478 6.37E+07 7.28E+07 1.07E+07 6.92E+05 9707 8.19E+07 -9.31E+06 Universitas Sumatera Utara IV.3.4. Hasil Rekapitulasi pada permodelan balok baja IWF pada ANSYS.  Perbandingan antara elemen garis, solid dan perhitungan manual untuk analisis linear dan nonlinear material dan nonlinear geometri. • Beban terpusat = 200KN tabel perbandingan elemen garis dan solid pada ANSYS dengan perhitungan manual linear analysis no analisis elemen beban besar beban panjang deflection momen max tegangan max momen kritis flens atas flens bawah 1 ANSYS garis terpusat 200 KN 3 m 1.177 mm 150 KNm 78.5 Mpa 480.6 KNm 2 solid 1.836 mm 0 KNm 66.71 Mpa 74 29 Mpa 3 MANUAL 1.177 mm 150 KNm 78.5 Mpa 4 ANSYS garis terpusat 200 KN 6 m 9.414 mm 300 KNm 157 Mpa 356.6 KNm 5 solid 4.942 mm 0 KNm - - 6 MANUAL 9.414 mm 300 KNm 157 Mpa 7 ANSYS garis terpusat 200 KN 10 m 43.584 mm 500 KNm 262 Mpa 254.7 KNm 8 solid 16.361 mm 0 KNm - - 9 MANUAL 43.584 mm 500 KNm 262 Mpa Universitas Sumatera Utara tabel perbandingan elemen garis dan solid pada ANSYS dengan perhitungan manual nonlinear analysis no analisis elemen beban besar beban panjang deflection momen max tegangan max momen kritis flens atas flens bawah 1 ANSYS garis terpusat 200 KN 3 m 1.177 mm 150 KNm 78.5 Mpa 480.6 KNm 2 solid 3.359 mm 0 KNm - 3 MANUAL 1.177 mm 150 KNm 78.5 Mpa 4 ANSYS garis terpusat 200 KN 6 m 9.414 mm 300 KNm 157 Mpa 356.6 KNm 5 solid 9.79 mm 0 KNm 19.91 Mpa 38.68 Mpa 6 MANUAL 9.414 mm 300 KNm 157 Mpa 7 ANSYS garis terpusat 200 KN 10 m 43.584 mm 500 KNm 262 Mpa 254.7 KNm 8 solid 32.012 mm 0 KNm 53.17 Mpa 55.38 Mpa 9 MANUAL 43.584 mm 500 KNm 262 Mpa Universitas Sumatera Utara • Beban terpusat = 500KN tabel perbandingan elemen garis dan solid pada ANSYS dengan perhitungan manual linear analysis no analisis elemen beban besar beban panjang deflection momen max tegangan max momen kritis flens atas flens bawah 1 ANSYS garis terpusat 500 KN 3 m 2.942 mm 375 KNm 196 Mpa 480.6 KNm 2 solid 4.59 mm 0 KNm 176.37 Mpa 185.73 Mpa 3 MANUAL 2.942 mm 375 KNm 196 Mpa 4 ANSYS garis terpusat 500 KN 6 m 23.54 mm 750 KNm 392 Mpa 356.6 KNm 5 solid 12.356 mm 0 KNm - - 6 MANUAL 23.54 mm 750 KNm 392 Mpa 7 ANSYS garis terpusat 500 KN 10 m 108.96 mm 1250 KNm 654 Mpa 254.7 KNm 8 solid 40.902 mm 0 KNm - - 9 MANUAL 108.96 mm 1250 KNm 654 Mpa Universitas Sumatera Utara no tabel perbandingan elemen garis dan solid pada ANSYS dengan perhitungan manual nonlinear analysis analisis elemen beban besar beban panjang deflection momen max tegangan max momen kritis flens atas flens bawah 1 ANSYS garis terpusat 500 KN 3 m 2.942 mm 375 KNm 196 Mpa 480.6 KNm 2 solid 8.173 mm 0 KNm - - 3 MANUAL 2.942 mm 375 KNm 196 Mpa 4 ANSYS garis terpusat 500 KN 6 m 23.54 mm 750 KNm 392 Mpa 356.6 KNm 5 solid 23.827 mm 0 KNm 82.76 Mpa 121.06 Mpa 6 MANUAL 23.54 mm 750 KNm 392 Mpa 7 ANSYS garis terpusat 500 KN 10 m 108.96 mm 1250 KNm 654 Mpa 254.7 KNm 8 solid 107.163 mm 0 KNm 258.37 Mpa 250.1 Mpa 9 MANUAL 108.96 mm 1250 KNm 654 Mpa  Hasil analisa dari tabel di atas adalah : 1. Hasil yang didapat dalam elemen garis sudah sama dengan perhitungan manual. 2. Pada elemen solid dan elemen garis, hasil elemen solid tidaklah sama dengan hasil elemen garis tetapi mendekati hasil elemen garis yang ada, maka dari itu saya lakukan analisis linear dan nonlinear. 3. Pada elemen solid; untuk elemen pendek, hasil dari analisis linear lebih mendekati hasil elemen garis dan untuk elemen sedang dan panjang, hasil dari analisis nonlinear lebih mendekati hasil elemen garis. Universitas Sumatera Utara  Perbandingan elemen solid yang dianalisis secara nonlinear material dan nonlinear geometri dengan analisis nonlinear material saja pada batas tegangan 450 Mpa. rekapitulasi hasil tegangan ANSYS untuk nonlinear material dan nonlinear geometri 450Mpa no elemen analisis bentang panjang bentang jenis beban besar beban tegangan flens atas flens bawah 1 solid nonlinear pendek 3 m terpusat 200 KN -58.25 Mpa 63.85 Mpa 2 solid nonlinear pendek 3 m terpusat 500 KN -170.10 Mpa 160.68 Mpa 3 solid nonlinear pendek 3 m terpusat 800 KN -253.43 Mpa 254.64 Mpa 4 solid nonlinear pendek 3 m terpusat 850 KN -264.49 Mpa 270.52 Mpa 5 solid nonlinear pendek 3 m terpusat 850 KN ERROR 6 solid nonlinear panjang 10 m terpusat 200 KN -53.17 Mpa 55.38 Mpa 7 solid nonlinear panjang 10 m terpusat 500 KN -258.37 Mpa 250.10 Mpa 8 solid nonlinear panjang 10 m terpusat 650 KN -297.62 Mpa 311.80 Mpa 9 solid nonlinear panjang 10 m terpusat 660 KN ERROR 10 solid nonlinear panjang 12 m terpusat 500 KN -140.86 Mpa 150.06 Mpa 11 solid nonlinear panjang 12 m terpusat 650 KN -210.25 Mpa 243.35 Mpa 12 solid nonlinear panjang 12 m terpusat ≥ 680 KN ERROR Universitas Sumatera Utara  Analisis nonlinear material. rekapitulasi hasil tegangan ANSYS untuk nonlinear material 450 Mpa no elemen analisis bentang panjang bentang jenis beban besar beban tegangan flens atas flens bawah 2 solid nonlinear pendek 3 m terpusat 500 KN -154.78 Mpa 153.19 Mpa 3 solid nonlinear pendek 3 m terpusat 850 KN -263.18 Mpa 269.18 Mpa 4 solid nonlinear pendek 3 m terpusat 1300 KN -405.08 Mpa 410.47 Mpa 5 solid nonlinear pendek 3 m terpusat 1500 KN ERROR 6 solid nonlinear panjang 10 m terpusat 500 KN -260.54 Mpa 254.08 Mpa 7 solid nonlinear panjang 10 m terpusat 650 KN -338.25 Mpa 335.78 Mpa 9 solid nonlinear panjang 10 m terpusat ≥ 670 KN ERROR 10 solid nonlinear panjang 12 m terpusat 500 KN -126.72 Mpa 135.82 Mpa 11 solid nonlinear panjang 12 m terpusat 650 KN -208.50 Mpa 222.82 Mpa 12 solid nonlinear panjang 12 m terpusat 670 KN -230.28 Mpa 231.87 Mpa 12 solid nonlinear panjang 12 m terpusat ≥ 700 KN ERROR Universitas Sumatera Utara  Perbandingan elemen solid yang dianalisis secara nonlinear material dan nonlinear geometri dengan analisis nonlinear material saja pada batasan tegangan sampai 240 Mpa. rekapitulasi hasil tegangan ANSYS untuk nonlinear material dan nonlinear geometri 240 Mpa no elemen analisis bentang panjang bentang jenis beban besar beban tegangan flens atas flens bawah 1 solid nonlinear pendek 3 m terpusat 500 KN -166.67 Mpa 160.72 Mpa 2 solid nonlinear pendek 3 m terpusat 700 KN -220.16 Mpa 224. 0 Mpa 3 solid nonlinear pendek 3 m terpusat 750 KN ERROR 4 solid nonlinear pendek 6 m terpusat 500 KN -105.54 Mpa 150.48 Mpa 5 solid nonlinear pendek 6 m terpusat 600 KN -155.97 Mpa 219.30 Mpa 6 solid nonlinear pendek 6 m terpusat 750 KN ERROR 7 solid nonlinear panjang 10 m terpusat 350 KN 177.54 Mpa 176.83 Mpa 8 solid nonlinear panjang 10 m terpusat 400 KN ERROR 9 solid nonlinear panjang 12 m terpusat 350 KN -65.25 Mpa 83.91 Mpa 10 solid nonlinear panjang 12 m terpusat ≥ 400 KN ERROR Universitas Sumatera Utara rekapitulasi hasil tegangan ANSYS untuk nonlinear material 240 Mpa no elemen analisis bentang panjang bentang jenis beban besar beban tegangan flens atas flens bawah 1 solid nonlinear pendek 3 m terpusat 500 KN -167.37 Mpa 161.32 Mpa 2 solid nonlinear pendek 3 m terpusat 700 KN -219.93 Mpa 223.61 Mpa 3 solid nonlinear pendek 3 m terpusat 750 KN ERROR 4 solid nonlinear pendek 6 m terpusat 500 KN -111.84 Mpa 151.28 Mpa 5 solid nonlinear pendek 6 m terpusat 600 KN -162.04 Mpa 218.03 Mpa 6 solid nonlinear pendek 6 m terpusat 750 KN ERROR 7 solid nonlinear panjang 10 m terpusat 350 KN -178.83 Mpa 177.08 Mpa 8 solid nonlinear panjang 10 m terpusat 400 KN ERROR 9 solid nonlinear panjang 12 m terpusat 350 KN -65.39 Mpa 83.66 Mpa 10 solid nonlinear panjang 12 m terpusat ≥ 400 KN ERROR Universitas Sumatera Utara  Tabel perbandingan momen nominal dan beban kritis pada program ANSYS dan manual. perbandingan momen nominal pada analisis nonlinear dan perhitungan manual No Bentang panjang perhitungan manual analisis ANSYS 240 Mpa beban momen nominal beban momen nominal 1 pendek 3 m 640.8 KN 480.6 KNm 700 KN 525.0 KNm 2 sedang 6 m 237.73 KN 356.6 KNm 600 KN 900.0 KNm 3 panjang 10 m 90.84 KN 227.1 KNm 350 KN 875.0 KNm 4 panjang 12 m 56.97 KN 170.9 KNm 350 KN 1050.0 KNm  Berdasarkan hasil di atas , beban kritis yang dihitung dengan cara manual mempunyai hasil yang lebih kecil daripada pada program ANSYS. Tetapi yang mendekati adalah analisis nonlinear dengan batas tegangan yang hanya mencapai 240 Mpa saja.  Hasil pada perhitungan manual lebih kecil dikarenakan pada perhitungan, dihitung pengaruh lateral buckling yang terjadi pada balok baja IWF. Universitas Sumatera Utara  Hasil Analisis dari kedua tabel di atas: 1. Pada analisis nonlinear material dan nonlinear geometri, tegangan maksimum pada model solid hanya dapat mencapai di atas tegangan leleh yaitu di atas 240 Mpa pada beban tertentu. Apabila beban tersebut melebihi kapasitas maka program ANSYS tidak dapat mengkonvergen model yang ada yang berarti model tersebut akan tidak stabil. 2. Pada analisis nonlinear material dan nonlinear geometri; elemen pendek akan terjadi tekuk lokal sedangkan pada elemen panjang model akan terjadi tekuk lateral yang ditunjukan dari tegangan yang terjadi pada model tidaklah stabil. 3. Pada analisis nonlinear material, tegangan maksimum yang terjadi pada model adalah mencapai batas tegangan runtuh yang dimasukkan yaitu 450 Mpa. Apabila analisa melebihi tegangan yang telah ditentukan maka program ANSYS akan dengan sendiri mengeluarkan tanda error dan hasil analisanya tidak akan keluar. 4. Karena tegangan maksimum yang dicapai kedua analisis berbeda maka beban kritis yang ada pada analisis nonlinear material saja melebihi beban kritis pada analisis nonlinear material dan nonlinear geometri. 5. Apabila batasan tegangan pada analisis nonlinear kita batasi sampai hanya mencapai 240 Mpa saja, maka beban kritis yang terjadi lebih kecil daripada beban pada tegangan 450 Mpa. 6. Karena pada analisis nonlinear material dan analisis geometri mencapai tegangan leleh dan analisis nonlinear material saja mencapai tegangan maksimum yang dibatasi maka pada kedua analisis ini terjadi beban kritis yang hampir sama besar pada batasan tegangan mencapai 240 Mpa. Universitas Sumatera Utara

IV.4. pemodelan balok baja Cellular Beam pada program ANSYS