Tahapan-tahapan FEA

Finite Element Analysis (FEA) dilakukan dengan beberapa tahapan sebagai berikut. Pertama, idealisasi, yakni mengubah permasalahan fisik menjadi sebuah model, yang tentu saja disana terjadi idealisasi atau simplifikasi karena permasalahan fisik yang betul-betul terjadi seringkali sangat kompleks. Yang penting dicatat adalah, sebisa mungkin model yang dibuat representatif terhadap permasalahan fisik yang sebenarnya. Jangan sampai idealisasi atau simplifikasi jauh dari kenyataannya.

Tahap idealisasi ini meliputi pemodelan CAD (computer aided design), dimana detail-detail seperti fillet, chamfer, dan semacamnya seringkali disimplifikasikan sepanjang tidak menyebabkan perubahan berarti. Setiap software FEA hampir selalu dilengkapi dengan fasilitas pemodelan CAD ini, yang merupakan bagian dari pre-processor. Bahkan saat ini beberapa software FEA mampu mengimpor model CAD yang dibuat dengan software CAD seperti AutoCAD atau SolidWorks.

Selain itu, idealisasi dan simplifikasi juga terjadi pada pendefinisian boundary condition seperti load yang bekerja dan besarnya displacement pada support. Load yang relatif tidak berubah secara berarti terhadap waktu biasanya diidealisasikan sebagai static load. Load juga bisa dimodelkan dalam bentuk concentrated load, distributed load, atau kombinasi dari keduanya. Support juga bisa dimodelkan sebagai support mati, engsel, atau rol.

Idealisasi memberi kita model CAD, yang kemudian kita transormasikan menjadi model matematika, dalam bentuk persamaan diferensial parsial. Hanya saja, dalam FEA, persamaan diferensial parsial ini ditransormasikan kedalam model FEA. Transformasi kedalam model FEA ini dimulai dengan diskritisasi, dimana model yang kontinyu dibagi-bagi (didiskritisasi) menjadi elemen-elemen dalam jumlah tertentu. Karena inilah metode analisa ini disebut Finite Element Method (FEM).

Ada berbagai macam bentuk elemen yang bisa digunakan untuk melakukan diskritisasi. Pemilihan elemen, yang meliputi bentuknya, ordernya, dan ukurannya memegang peranan penting terhadap baik buruknya hasil analisa. Pada titik-titik kritis, yang menjadi pusat perhatian dimana stress terkonsentrasi, biasanya ukuran elemen-elemennya dibuat lebih kecil agar gradasi stress terlihat lebih akurat.

Setiap elemen memiliki beberapa node, tergantung jenis elemennya. Pada setiap node inilah besarnya variabel ukur diketahui, kemudian pada bagian elemen yang lain yang bukan node, besarnya variabel ukur akan dihitung melalui interpolasi. Order elemen merupakan representasi dari order fungsi interpolasi. Semakin tinggi order elemen, semakin tinggi pula order fungsi interpolasinya, sehingga hasil interpolasinya pun makin akhirat. Namun order elemen yang tinggi akan berdampak pada waktu running yang lebih lama.

Akhirnya, dengan memasukkan boundary condition yang dibutuhkan, solusi terhadap model FEA akan didapatkan. Dalam kasus struktur, solusi ini pada awalnya berupa besarnya displacement. Dengan memasukkan hubungan strain-displacament dan hubungan stress-strain, akan didapatkan besarnya nilai stress.

Besarnya nilai stress yang didapatkan dari solusi FEA biasanya divalidasi/diverifikasi dengan eksperimen. Jika solusi FEA tidak jauh berbeda dengan hasil eksperimen, berarti solusi FEA cukup bagus dan acceptable. Cara lain untuk memvalidasi/memverifikasi adalah dengan membandingkannya dengan solusi analitis, yang diperoleh dari model yang sangat disederhanakan sedemikian sehingga solusi analitis memungkinkan. Selaras dengan ini, cara lainnya yang lebih sederhana untuk memvalidasi/memverifikasi solusi FEA adalah dengan menggunakan intuisi dan pengetahuan yang kita miliki, apakah solusi FEA tersebut masuk akal ataukah tidak. Misalnya, jika resultan gaya eksternal mengarah ke kiri tetapi displacement mengarah ke kanan, tentu saja ini tidak masuk akal. Verifikasi kita lakukan dengan cara melakukan modifikasi pada model kita. Sedangkan validasi kita lakukan dengan memodifikasi permasalahan fisik kita.