�� =
√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