Abdur Rosyid's Blog – Page 12 – Just a few notes on mechanical engineering and robotics

Elemen-elemen Dasar FEA

February 23, 2012 by Abdur Rosyid

Pada dasarnya, elemen-elemen dalam Finite Element Analysis (FEA) bisa dibedakan menjadi 3, yaitu 1D (disebut juga line elements), 2D (disebut juga plane elements), dan 3D. Untuk alasan cost, sebisa mungkin pemodelan FEA bisa dilakukan dengan elemen yang sesederhana mungkin. Jika elemen-elemen 1D sudah mencukupi, maka tidak perlu elemen-elemen 2D. Demikian pula, jika 2D sudah cukup, tidak perlu 3D. Tentu saja, problem yang sebetulnya cukup dimodelkan dengan elemen-elemen 1D bisa dimodelkan dengan 2D atau 3D. Demikian pula problem yang sebetulnya cukup dimodelkan dengan elemen-elemen 2D bisa dimodelkan dengan 2D. Namun cost akan lebih besar untuk hasil yang tidak berbeda.

Untuk kasus struktur, elemen-elemen penting 1D adalah spring element, truss element (disebut juga bar element), dan beam element. Spring element hanya memiliki satu sifat yaitu stiffness k, dengan mengabaikan apapun bahannya, berapapun dimensinya, dan bagaimanapun kontur geometrinya. Oleh karena itu, dengan menggunakan spring element, kita tidak akan pernah mendapatkan nilai stress karena memang tidak ada luasan yang diperhitungkan. Besaran yang ada hanyalah gaya F dan displacement d. (more…)

Error (Galat) dalam FEA

February 22, 2012 by Abdur Rosyid

Yang dimaksudkan dengan error (galat) adalah penyimpangan nilai dari yang semestinya (true value). Ada beberapa penyebab / sumber terjadinya error dalam Finite Element Analysis (FEA), diantaranya adalah sebagai berikut. Pertama, pemilihan elemen yang tidak tepat. Elemen yang kita pilih harus merepresentasikan permasalahan fisik yang sebenarnya. Jika permasalahan fisik yang kita miliki melibatkan bending load, tetapi kita memilih elemen bar / truss, tentu saja hasil analisa kita tidak akan sesuai dengan kenyataannya, karena elemen bar / truss mengasumsikan tidak ada bending load.

Sumber error yang kedua geometry simplification. Dalam pemodelan, kita seringkali melakukan simplifikasi geometri demi alasan kepraktisan. Simplifikasi ini tidak akan menimbulkan masalah jika tidak memberikan perubahan yang signifikan dari problem yang sebenarnya. Namun jika detail-detail yang kita abaikan itu memberikan perubahan yang berarti, maka pengabaian detail-detail tersebut akan memunculkan error. (more…)

Tahapan-tahapan FEA

February 22, 2012 by Abdur Rosyid

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. (more…)

Perangkat Lunak FEA Bukan Segala-galanya

February 22, 2012 by Abdur Rosyid

Mampu mengoperasikan software (perangkat lunak) FEA macam ANSYS, Abaqus, ALGOR, atau NASTRAN, bukanlah jaminan untuk bisa melakukan analisis dengan hasil yang baik dan acceptable. Software FEA hanyalah sebuah tool (alat) yang kemanfaatannya amat bergantung pada knowledge yang dimiliki oleh user. Ibarat mobil, amat bergantung pada pengemudinya. Dengan software yang sama, seseorang bisa melakukan analisis dengan hasil yang sangat buruk dan tidak masuk akal, dan seseorang yang lainnya bisa melakukan analisis dengan hasil yang sangat akurat, yang hampir tidak berbeda dengan hasil eksperimen. Disinilah pentingnya knowledge yang mesti dimiliki oleh user, untuk bisa menghasilkan analisis yang bagus dengan bantuan software FEA. Ingat, jika Anda memberikan input yang buruk kepada software, maka software juga akan memberikan hasil yang buruk. Garbage in, garbage out.

Pertama-tama, user harus bisa memahami permasalahan fisik dengan baik, sehingga nantinya bisa membuat model yang sesuai dan memadahi, dan memasukkan boundary condition secara tepat. Terhadap permasalahan fisik yang ada, harus dibuat model yang sesederhana mungkin tapi cukup memadahi. Permasalahan fisik yang tentunya tiga dimensi tidak harus selalu dimodelkan tiga dimensi. Ada banyak kasus dimana model cukup dua dimensi atau bahkan satu dimensi. Kondisi simetri juga bisa dimanfaatkan untuk menyederhanakan model. (more…)

Untuk Apa Finite Element Analysis?

February 22, 2012 by Abdur Rosyid

Finite Element Analysis (FEA) tidak hanya digunakan di dunia solid mechanics, tetapi juga untuk thermal analysis, heat transfer, fluid mechanics, dan bahkan electromagnetics. Di dunia solid mechanics, untuk kasus statis, FEA biasa dipakai untuk menganalisa stress ( baik static stress maupun dynamic stress), buckling, dan juga fatigue. FEA juga biasa dipakai untuk analisa dinamis. Tidak hanya terbatas pada solid mechanics, FEA juga dipakai untuk menganalisa thermal stress, heat transfer, fluid dynamics (CFD), dan bahkan electromagnetics.

FEA sebagai bentuk simulasi merupakan pendekatan yang jauh lebih murah dibanding eksperimen. Bukan berarti FEA membuat kita tidak lagi perlu melakukan eksperimen. Tetapi, dengan adanya FEA kita bisa mengurangi jumlah eksperimen, dan dalam kasus-kasus khusus bahkan meniadakan eksperimen sama sekali, terutama dalam kasus-kasus dimana eksperimen tidak feasible untuk dilakukan (seperti dalam dunia kedokteran). Dengan FEA, pembuatan terlalu banyak prototipe juga bisa dihindari. Perubahan dan variasi dalam proses desain cukup dilakukan dengan FEA. Baru setelah didapatkan model terbaik melalui FEA, kita membuat prototipenya. Dengan demikian, secara umum FEA bisa menekan ongkos dan waktu desain. (more…)

FEM dan Metode Numerik PDE Lainnya

February 21, 2012 by Abdur Rosyid

Finite Element Analysis (FEA) atau Finite Element Method (FEM) merupakan salah satu metode numerik untuk menyelesaikan persamaan diferensial parsial (PDE). Persamaan diferensial sendiri merupakan model matematika yang merepresentasikan nilai suatu variabel yang berubah terhadap variabel yang lainnya. Jika variabel tersebut berubah terhadap lebih dari satu variabel lainnya, persamaan diferensial biasa tidak memadahi, dan karenanya harus menggunakan persamaan diferensial parsial. Misalnya, perubahan besarnya stress terhadap posisi dalam sumbu x dan y, atau dalam sumbu x, y, dan z. Atau perubahan besarnya stress terhadap posisi dalam sumbu x, y, dan z dan juga terhadap waktu t.

Selain FEM, terdapat pula beberapa metode numerik lainnya untuk memecahkan persamaan diferensial parsial, seperti Finite Difference Method (FDM) dan Finite Volume Method (FVM). Ada juga Boundary Element Method (BEM) yang mirip dengan FEM, hanya saja diskritisasi hanya dilakukan pada boundary (surface) saja. (more…)

Bidang-bidang Mechanical Engineering (2)

March 8, 2021 by Abdur Rosyid

Sebelum ini, saya sudah menulis secara singkat mengenai bidang-bidang (field) dalam mechanical engineering. Dalam tulisan ini, saya akan sekali lagi berbicara mengenai masalah ini. Secara umum, mechanical engineering memang jamak dibagi dalam 4 bidang besar, sebagaimana yang saya tulis sebelumnya, yaitu: desain / solid mechanics, manufaktur, konversi energi / thermofluids, dan metalurgi /material.

Masing-masing dari keempat bidang tersebut juga masih dibagi lagi dalam berbagai macam sub bidang. Desain misalnya biasanya dibagi lagi menjadi desain statis dan desain dinamis. Desain statis berbicara tentang struktur mekanis yang bersifat statis, yang ujung-ujungnya adalah mendesain struktur mekanis tersebut agar tidak mengalami failure (kegagalan) dalam menerima load (beban) yang ada. Beberapa ilmu yang dengan demikian sangat dibutuhkan dalam sub bidang ini diantaranya: statika, mechanics of materials / strength of materials, dan material science. (more…)

Matematika dalam Mechanical Engineering

March 8, 2021 by Abdur Rosyid

Mengapa mechanical engineering memerlukan matematika? Sebetulnya, pertanyaan serupa adalah: mengapa fisika membutuhkan matematika? Ya, matematika adalah satu-satunya alat untuk bisa mengukur sesuatu secara kuantitatif (ter-angka-kan). Konsep-konsep dalam fisika sebetulnya adalah sekumpulan formulai mengenai sunnatullah fil kaun, misalnya hukum gravitasi, hukum kelembaman, hukum kekekalan energi, dsb. Nah, agar konsep-konsep tersebut bisa dituangkan dalam rumusan yang bisa diukur secara kuantitatif, dibutuhkanlah matematika. Sehingga, muncullah konsep-konsep fisika itu dalam bentuk rumus-rumus matematika.

Dari sinilah kita memahami bahwa seseorang yang mendalami engineering harus bagus dalam matematika. Berbicara tentang matematika itu sendiri, ia terbagi menjadi tiga cabang utama: aljabar (algebra), geometry, dan kalkulus. Wikipedia mendefinisikan ketiga cabang matematika ini dengan sangat baik: “Algebra is the study of operations and their application to solving equations, geometry is the study of shape, and calculus is the study of change.” (more…)

Cara Instalasi Ansys 12

June 22, 2011 by Abdur Rosyid

Ansys adalah sebuah software analisis elemen hingga (finite element), bisa dipakai untuk melakukan analisis mekanika benda tegar, analisis fluida, dan analisis perpindahan panas. Sebuah sumber mengatakan bahwa versi 12 keatas sudah kompatibel dengan Windows 7. Jadi, kalau Anda ingin memastikan bahwa Ansys yang Anda pakai kompatibel dengan Windows 7, ya pakai saja versi 12. Tentunya versi 13 juga lebih boleh lagi he he.

Berikut ini akan saya jelaskan secara singkat (sekali) cara instalasi Ansys 12.

Tentunya yang pertama-tama harus Anda lakukan adalah memiliki installer Ansys 12. Ada banyak pilihan installer untuk berbagai platform yang berbeda. Karena saya memakai komputer dengan OS Windows X86 (32 bit), maka saya pun memilih installer Ansys 12 untuk Windows 32 bit. (more…)

Bidang-bidang Mechanical Engineering (1)

March 8, 2021 by Abdur Rosyid

Sekarang mari kita berbicara tentang beberapa bidang yang menjadi subordinasi mechanical engineering. Berbicara masalah ini, sebetulnya tidak ada pembagian yang paten atas mechanical engineering: tidak ada ketentuan baku mengenai mechanical engineering itu dibagi menjadi berapa dan apa saja. Akan tetapi disini saya akan memaparkan secara sangat singkat pembagian yang biasa dilakukan di dunia pendidikan, yakni di Departemen Teknik Mesin perguruan-perguruan tinggi di Indonesia. Dalam hal ini, mechanical engineering biasa dibagi menjadi: 1) desain, 2) konversi energi, 3) produksi atau manufaktur, dan 4) metalurgi (ilmu logam). (more…)