chapter iii v skripsi
DESCRIPTION
BAB III SKRIPSITRANSCRIPT
-
BAB III
METODE ANALISA DAN APLIKASI
III.1 Elemen Segitiga Isoparametrik dengan Tiga Node
Untuk keperluan analisa suatu continum yang berupa luasan, diperlukan pengambilan
elemen berupa elemen berbentuk luasan pula. Bagian ini akan membahas permasalahan yang
ada disekitar elemen segitiga dengan tiga node seperti matrik kekakuan elemen, Plain Strain
dan Plain Stress serta vektor-vektor gaya yang bekerja pada elemen. Secara terperinci hal-hal
yang disebutkan di atas akan ditinjau dalam sistem Koordinat Lokal, Global dan Sistem
Koordinat. Akan dibandingkan apakah keuntungan dan kerugian dalam penggunaan setiap
sistem koordinat yang dipakai.
III.1.1 Elemen Segitiga dengan Tiga Node
Perhatikan sebuah elemen segitiga dengan 3 node dalam gambar di bawah ini:
Gambar 3.1 Elemen segitiga dengan penomoran Lokal
Dalam urutan penomeran dilakukan dengan arah berlawanan dengan perputaran jarum
jam (CCW). Elemen segitiga dalam gambar diatas disebut elemen Isoprametrik.
Elemen Isoparametrik adalah elemen yang menggunakan koefisien interpolasi yang sama
antara fungsi displacement dan fungsi koordinat spasial.
Langkah 1 : Menentukan fungsi displacement
Koordinat lokal tiap dari tiap node dinyatakan dalam :
u = untuk arah horisontal
v = untuk arah vertikal
Universitas Sumatera Utara
-
koordinat lokal dalam kaitan dengan Koordinat Global dihubungkan lewat persamaan:
u ( x , y ) = 1 + 2 x + 3 y .....pers 3.1 (a)
v ( x , y ) = 1 + 2 x + 3 y .....pers 3.1 (b)
Kenakan syarat batas bahwa:
Pada x = x1 , dan u = u1 Pada x = x2 , dan u = u2 Pada x = x3 , dan u = u3
Pada persamaan 3.1 a diperoleh sistem persamaan linier berikut:
u1 = 1 + 2 x1 + 3 y1
u2 = 1 + 2 x2 + 3 y2 u3 = 1 + 2 x3 + 3 y3
Ketiga persamaan ini, dalam bentuk matriks ditulis sebagai :
3
2
1
33
22
11
3
2
1
1
1
1
yx
yx
yx
u
u
u
.....pers. 3.2
Atau {q1} = [ A1 ] {}
dimana {q1} = Matriks Displacement Horisontal Lokal
[ A1 ] = Matriks Absis Global
{} = Matriks Koefisien
Demikian pula, syarat batas:
Pada y = y1 , dan v = v1 Pada y = y2 , dan v = v2 Pada y = y3 , dan v = v3
Yang dikenakan pada persamaan 3.1 (b) diperoleh :
3
2
1
33
22
11
3
2
1
1
1
1
yx
yx
yx
v
v
v
Atau {q2} = [ A ] {} .....pers 3.3
Universitas Sumatera Utara
-
Untuk selanjutnya yang akan diturunkan hanya untuk u saja, sedangkan untuk v diambil
analogi dengan hasil yang diperoleh dari u.
Dari persamaan 3.2 diturunkan :
{} = [ A1 ]-1
{q1} .....pers. 3.4
Dimana [ A1 ]-1
adalah invers dari matriks [ A1 ]
1
1
33
22
11
1_mindet
int
1
1
1
Adarianer
Adariajo
yx
yx
yx
A
331
221
111
1
1
1
ccc
bbb
aaa
A matriks ajoint .....pers. 3.4(a)
Dimana = dterminan dari matriks [ A1 ]
= (x2y3-x3y2) (x1y3-x3y1) + (x1y2-x2y1)
= 2 kali luas elemen segitiga
Catatan :
Ajoint dari satu matriks diperoleh dengan menghitung matrik kofaktor kemudian
transpose pada hasil dari matriks kofaktor tersebut
33
22
11
1
1
1
1
yx
yx
yx
A matriks kofaktornya adalah :
)()()(
)()()(
)()()(
12121221
13131331
23232332
xxyyyxyx
xxyyyxyx
xxyyyxyx
Transpose matriks ini (ubah baris menjadi kolom, dan kolom menjadi baris) diperoleh
121323
121323
122113312332
xxxxxx
yyyyyy
yxyxyxyxyxyx
Universitas Sumatera Utara
-
Matriks diatas diubah menjadi:
321
3
321
21
ccc
bbb
aaa
Dimana :
a1 = x2 y3 - x3 y2 b1 = y2 - y3 c1 = x3 - x2
a2 = x3 y 1 - x1 y3 b2 = y3 - y1 c2 = x1 - x3
a3 = x1 y2 - x2 y1 b3 = y1 - y2 c3 = x2 - x1 ....pers. 3.5
Kembali kita tinjau persamaan 3.1(a) :
u = 1 + 2 x + 3 y
atau
3
2
1
1
yxu
atau yxu 1
Substitusikan {} dari persamaan 3.5 ke persamaan ini, dan akan dihasilkan :
11
11 qAyxu
....pers. 3.6
Dimana :
3
2
1
1
u
u
u
q
Demikian pula untuk v (ordinat lokal)
21
11 qAyxv
Dimana :
3
2
1
2
v
v
v
q
Tinjau kembali persamaan 3.6 dengan syarat substitusi [ A1]-1
dari persamaan 3.5 (a)
3
2
1
321
3
321
21
11
u
u
u
ccc
bbb
aaa
yxu
Universitas Sumatera Utara
-
3
2
1
333222111
1
u
u
u
ycxbaycxbaycxbau
3
2
1
321
u
u
u
NNNu ....pers 3.7 (a)
3
2
1
321
v
v
v
NNNv ....pers 3.7 (b)
Dimana : ycxbaN 11111
ycxbaN 22221
ycxbaN 33331
Ni = shape function dari node ke-i
Gabungkan kedua persamaan 3.7 (a) dan 3.7 (b) diperoleh:
3
3
2
2
1
1
321
\321
2
1
000
000
v
u
v
u
v
u
NNN
NNN
N
N
....pers. 3.8
Dalam bentuk simbol ditulis:
{u}= [ N ] {q} .....pers 3.8 (a)
Langkah 2: Menurunkan persamaan Strain dan Energi Strain
Sebelum menurunkan persamaan srai dan energi Strain terlebih dahulu akan dibahas
defenisi dari Strain, Stress dan hubungan dari keduanya.
Anggap terjadi deformasi yang kecil pada suatu kontinum sejauh u, v dan w berturut-turut
pada arah sumbu x, y dan z.
Komponen longitudinal Strain pada masing-masing arah sumbu x,y dan z adalah:
Universitas Sumatera Utara
-
xux
,
y
vy
z
wz
.....pers. 3.9
Shearing Strain masing-masing:
x
v
y
uxy
y
w
z
vyz
z
u
x
wzx
.....pers 3.10
Kedua persamaan 3.9 dan 3.10 ditulis dalam bentuk matriks menjadi :
w
v
u
xz
yz
xy
z
y
x
zx
yz
xy
z
y
x
0
0
0
00
00
00
.....pers. 3.11
Gambar 3.2 Tensile Stress pada bidang x dalam arah sumbu x
Gambar 3.3 normal stress dan shear stress pada bidang x dan y
Untuk kasus uniaxial (lihat gambar 3.2) hubungan Stress-Strain adalah:
Universitas Sumatera Utara
-
= E x ....pers. 3.11(a)
Dimana E = modulus elastisitas
Dalam kasus ini Strain dalam arah y dan z tidak sama dengan nol, tetapi y= z = -v x
Dimana v = poison ratio dari material
Plane Stress
Dalam kasus ini, komponen-komponen dari Normal Stress dan Shear Stress bekerja dalam
dua arah saja (tidak pada arah sumbu z) sehingga:
z = zx = zy = 0
Hubungan antara Stress dan Strain adalah :
yxx vv
E
)1( 2
xyy vv
E
)1( 2
xyxyxy Gv
E
)1(2
Persamaan konstitutif dalam bentuk matriks dibentuk dari persamaan di atas adalah:
xy
y
x
xy
y
x
vv
v
v
E
2
100
01
01
1 2 ....pers. 3.12
Atau dapat diringkas = c } ....pers. 3.12 a
Dengan = vektor stress/tegangan
c = matriks konstitusi untuk plane stress
= vektor strain/regangaN
Universitas Sumatera Utara
-
Plane Strain
Gambar 3.4 Stress pada satu titik dalam kasus plane Strain
Hubungan Stress Strain dalam kasus ini adalah :
yxx vvvv
E
)1(
)21)(1(
yxy vvvv
E )1(
)21)(1(
)()21)(1(
yxyxz vvv
vE
xyxyxy Gv
E
)1(2
Hubungan-hubungan di atas dalam bentuk matrik ditulis sebagai
xy
y
x
xy
y
x
vvv
vv
vv
E
2
2100
01
01
)21)(1(
.....pers 3.13
Atau {} = [C] ( ) .....pers. 3.13 (a)
Dimana [C] adalah matriks konstituif untuk kasus plane Strain
Tinjau kembali persamaan 3.9 dan 3.10 dalam bentuk diferensial parsial
x
ux
,
y
vy
x
v
y
uxy
Ketiga persamaan ini dalam bentuk matriks:
Universitas Sumatera Utara
-
v
u
xy
y
x
xy
y
x
0
0
.....pers. 3.14
Substitusi
v
upersamaan 3.8 ke persamaan terakhir ini:
xy
y
x
xy
y
x
0
0
3
3
2
2
1
1
321
\321
000
000
v
u
v
u
v
u
NNN
NNN
.....pers. 3.15
3
3
2
2
1
1
332211
321
321
000
000
v
u
v
u
v
u
x
N
y
N
x
N
y
N
x
N
y
N
x
N
y
N
y
Nx
N
x
N
x
N
xy
y
x
3
3
2
2
1
1
332211
321
321
000
0001
v
u
v
u
v
u
bcbcbc
ccc
bbb
xy
y
x
.....pers. 3.16
Besarnya b dan c lihat persamaan 3.5
Ingat = x2y3- x3y2 x1y3 - x3y1 + x1y2 - x2y1
= 2 kali luas elemen segitiga
Dalam bentuk simbol dapat ditulis :
{ } = [ B ] { q } .....pers. 3.16(a)
Universitas Sumatera Utara
-
Energi Strain
Energi Strain dari suatu continum dalam kasus perhitungan Plane Stre ss adalah:
dcU T }]{[}{2
1 .....pers. 3.17
Dimana adalah volume kontinum dan [c] dinyatakan dalam persamaan 3.43
Substitusi persamaan 3.16(a) ke persamaan 3.17 diperoleh :
dqBcBqU TT }]{][[][}{2
1 .....pers. 3.18
Diingatkan [A.B]T
= [B]T.[A]
T
Volume elemen d dalam persamaan 3.18 dapat diganti dengan
d = h. dA
dimana h = tebal elemen
dA = luas elemen
Masing-masing {q}T, [B]
T , [c], dan [B] dan {q} bukan fungsi luasan dA , sehingga matriks-
matriks tersebut dapat dikeluarkan dari tanda integral.
Persamaan 3.18 diubah menjadi:
A
TT dAhqBcBqU .}]{][[][}{2
1
Jadi Energi Strain dari satu elemen segitiga adalah:
AhqBcBqU TT .}]{][[][}{2
1
.....pers. 3.19
Dimana A= luas elemen =21 kali determinan
Langkah 3 : Menurunkan Fungsi Energi Akibat Pembebanan
Ada 3 jenis pembebanan yaitu :
1. Gaya terkonsentrasi pada node
2. Gaya terdistribusi sepanjang sisi elemen
Universitas Sumatera Utara
-
3. Gaya berat dari elemen (body force)
Masing-masing jenis gaya tersebut di atas dijelaskan secara rinci sebagai berikut :
1. Gaya terkonsentrasi pada node (Node Force)
Energi potensial V akibat gaya F diberikan (dengan komponen Fx dan Fy) adalah :
V : - Fx u - Fy v .....pers. 3.20
Energi potensial dari node 1 yang dikenai gaya (dengan komponen Fx1 dan Fy1 )
adalah : V1 : - Fx1 u1 - Fy1 v1 .....pers. 3.21
Kembangkanlah persamaan ini untuk semua node pada elemen maka diperoleh energi
potensial akibat gaya terkonsentrasi pada node-node adalah:
T
NFNF qqV }{}{ .....pers. 3.22
Untuk elemen segitiga:
3
3
2
2
1
1
}{
y
x
y
x
y
x
NF
F
F
F
F
F
F
q
2. Gaya terdistribusi sepanjang sisi elemen
Gaya terdistribusi dapat berupa tiap satuan panjang sisi atau gaya tiap satuan luas
permukaan (disebut vektor stress traksi = T ). Contoh dari vektor stress traksi nampak
pada gambar 3.5 berikut ini:
Gambar 3.5 Contoh Stress Traksi
Gaya yang bekerja pada luasan dA adalah:
Universitas Sumatera Utara
-
ndATFd .. traksigayaarahn
Energi potensial akibat gaya Fd adalah : (gunakan persamaan 3.21) adalah:
dAvTudATdV YxT
Dimana u dan v adalah komponen Displacement dai sembarang node pada elemen. Jika
h adalah tebal elemen pada gambar 3.5 maka:
dST
TvuV
y
x
s
T
][
Substitusi [ u v ] dari 3.8 (a) ke persamaan ini didapatkan :
dShT
TNqV
y
xT
s
T
T
]
Ditinjau kembali : [ A . B ]T = [B]
T. [A]
T
Karena {q}T
bukan fungsi dari S maka term ini dapat dikeluarkan dari integrasi,
sehingga persamaan akhir dapat ditulis sebagai :
dST
TNqhV
y
xT
s
T
T
] .....pers.3.23
3. Gaya berat dari elemen (Body Force)
Gaya yang dikenakan pada setiap massa elemen dari suatu kontinum disebut Body
Force. Salah satu contoh dari body force adalah gaya gravitasi. Satuan dari body force
adalah gaya/volume. Sebuah elemen yang dikenai gaya body Bx memiliki energi
potensial :
vdBuBddV yBF
dAhB
Bvu
y
x
dimana u dan v adalah Displacement sembarang node dalam elemen.
Universitas Sumatera Utara
-
Dari persamaan terakhir diperoleh energi potensial sebesar :
dAB
BNqhV
y
xT
s
T
BF
] .....pers.3.24
Langkah 4 : Jumlah Energi
Jumlah energi dari sebuah elemen terdiri dari energi Strain U dan energi akibat pembebanan
(baik pembebanan tunggal pada node (VNF), energi dari body force (VBF) dan energi dari
gaya traksi (VT).
Jadi = U + VNF + VBF + VT
dAB
BNqhds
T
TNqh
F
F
F
F
F
F
qdqBcBqy
xT
A
T
y
xT
S
T
y
x
y
x
y
x
TT
][}{][}{}{}]{][[]}[{2
1
3
3
2
2
1
1
.....pers.3.25
Langkah 5: Penggunaan dari prinsip energi minimum
Pembebanan yang dihasilkan adalah
dAB
BNhds
T
TNh
F
F
F
F
F
F
v
u
v
u
v
u
dBcBy
xT
Ay
xT
S
y
x
y
x
y
x
T
][][]][[][
3
3
2
2
1
1
3
3
2
2
1
1
.....pers. 3.26
Universitas Sumatera Utara
-
Atau [ k ] { q } = { Q }NF + { Q }T + { Q }BF .....pers. 3.26(a)
Dimana :
[ k ] = [B]T . [c] . [B] h. A adalah mariks kekakuan elemen (pers. 3.26(b))
{ q } = vektor displacement nodal elemen
{ Q }NF = vektor gaya pada node elemen
{ Q }T = vektor gaya resultan dari gaya terdistribusi pada sisi elemen
{ Q }BF = vektor gaya resultan dari distribusi body force
III.1.2 Elemen Segitiga dalam Sistem Koordinat Lokal
Sistem koordinat lokal hanya berlaku untuk titik-titik atau node pada elemen itu saja. Untuk
elemen segitiga, biasanya node 1 diambil sebagai titik asal sistem koordinat dan sumbu x
diambil pada sisi 1-2 dari elemen tersebut (lihat gambar berikut ini)
Gambar 3.6 Elemen Segitiga Dalam Sistem Koordinat Lokal
Langkah-langkah yang dilakukan seperti pada perhitungan dengan menggunakan Sistem
Koordinat Global.
Langkah 1: Menentukan fungsi Displacement
(perhatikan, tanda bar diatas x dan y menandakan Koordinat Lokal)
Substitusi syarat batas dalam persamaan ini, seperti juga pada perhitungan dengan Koordinat
Gloal diperoleh:
Universitas Sumatera Utara
-
3
2
1
33
2
3
2
1
1
01
001
yx
x
U
U
U
Atau { q1 } = [ A1 ] {} .....pers. 3.27
Demikian pula untuk Displacement nodal v
13
2
1
Aq
v
v
v
.....pers. 3.28
Dari persamaan 3.27 yakni { q1 } = [ A1 ] {} maka
{ } = [ A1 ]-1
{q1} .....pers. 3.27(a)
Maka kofaktor dari [ A1 ] adalah
22
3
23332
0
00
xx
y
xxyyx
Transpose dari matriks terakhir ini disebut ajoint dari [ A1 ]
Ajoint [ A1 ] =
321
321
321
2223
33
32
0
00
ccc
bbb
aaa
xxxx
yy
yx
Dimana a1 = x2y3 a2 = 0 a3 = 0
b1= -y3 b2 = y3 b3=0
c1=x3-x2 c2 = - x3 c3 = x2
determinan = 2 kali luas segitiga = 2. . x2. y3
Dari persamaan 3.28 diperoleh :
{ } = [ A1]-1
{ q2} ...pers. 3.28(a)
11
1 int.det
1AajoA
Universitas Sumatera Utara
-
Substitusi persamaan 3.27(a) dan 3.28 (a) ke persamaan 3.26 didapatkan:
3
3
2
2
1
1
21
321
000
000
v
u
v
u
v
u
NNN
NNN
v
u ...pers. 3.29
Dimana 32
23231
)()(
yx
xxyxxyN
32
332
yx
yxxyN
32
21
yx
yxN
Dalam bentuk simbolik persamaan 3.29 ditulis sebagai {u} = [ N ] {q} pers. 3.29(a)
Langkah 2 : Menurunkan Strain dan Energi Strain
Gunakan persamaan 3.46 dan 3.47
xy
y
x
xy
y
x
0
0
3
3
2
2
1
1
321
\321
000
000
v
u
v
u
v
u
NNN
NNN
substitusikan harga masing-masing Ni dari persamaaan 3.29 ke persamaan di atas, diperoleh :
Universitas Sumatera Utara
-
3
3
2
2
1
1
233323
2323
33
320
000
00001
v
u
v
u
v
u
xyxyxx
xxxx
yy
yxxy
y
x
diringkas menjadi : { } = [ B ] { q } .....pers. 3.30
Langkah 2 : Menentukan Persamaan energi akibat pembebanan
Langkah ini seperti yang pernah dijelaskan. Hanya saja harus diadakan transformasi dari
Koordinat Global ke Koordinat Lokal. Untuk itu akan dijelaskan pada bagian berikutnya.
Langkah 4 : Penjumlahan energi yang timbul
Demikian pula untuk langkah 4 ini. Persamaan sebelumnya dapat dipakai, hanya saja
Koordinat Global yang dipakai harus ditransformasikan ke Koordinat Lokal
Langkah 5 : Penggunaan dari prinsip energi Minimum
Persamaan dapat dipakai dengan catatan bahwa semua koordinat dinyatakan dalam Sistem
Koordinat Lokal:
yxNFyxNFyxNFyxyxQQQqK }{}{}{}{][ .....pers.3.31
III.1.3 Transformasi Koordinat Lokal ke Global
Dari hasil pembahasan sebelumnya mengenai penggunaan Koordinat Global dan
penggunaan Sistem Koordinat Lokal dapat ditarik kesimpulan bahwa matriks-matriks yang
disajikan dalam Sistem Koordinat Lokal mempunyai elemen-elemen matriks yang lebih
sederhana. Dengan alasan ini maka penggunaan Sistem Koordinat Global akan menimbulkan
round of error yang lebih besar dibandingkan dengan jika menggunakan Sistem Koordinat
Lokal.
Universitas Sumatera Utara
-
Di pihak lain, jika suatu kontinum dibagi menjadi banyak elemen, maka setiap elemen
akan memiliki Sistem Koordinat Lokal yang hanya berlaku bagi dirinya sendiri. Hal ini tentu
akan memepersulit perhitungan karena akan melibatkan banyak Sistem Koordinat Lokal.
Untuk mengatasi hal ini perlu dilakukan transformasi dari Sistem Koordinat Lokal ke
global.
Matriks Transformasi Koordinat Global ke Lokal
cossin
sincosT
Matriks Transformasi Koordinat Lokal ke Global
cossin
sincos1T
yang merupakan invers atau Transpose dari matriks T
Catatan : Matriks T adalah Matriks Orthogonal sehingga T-1
=TT
Untuk merotasikan sebuah bar (dengan 2 node pada ujung-ujungnya) diperlukan
Matriks Transformasi berordo 4 x 4. Karena setiap node mempunyai 2 derajat kebebasan
yaitu x dan y.
Untuk merotasikan sebuah elemen segitiga, diperlukan transformasi sebanyak 2 x 3
derajat kebebasan sehingga diperlukan matriks berordo 6 x 6 . Jadi transformasi gaya pada
Sistem Koordinat Global dilakukan perhitungan sebagai berikut :
3
3
2
2
1
1
1
1
1
3
3
2
2
1
1
00
00
00
y
x
y
x
y
x
y
x
y
x
y
x
F
F
F
F
F
F
T
T
T
F
F
F
F
F
F
.....pers.3.32
Dimana
cossin
sincos1T .....pers.3.32(a)
Universitas Sumatera Utara
-
Secara simbolik persamaan 3.32 ditulis
{ Q }xy = [ T1*] [ Q ] .....pers.3.32(b)
Untuk mentransformasikan matriks kekakuan
{ Q }xy = [ T1*] [ k ] [T1* ]T
.....pers.3.33
III.1.4 Gabungan/ Assemblage Elemen
Perhatikan suatu continum yang dibagi menjadi 2 buah elemen segitiga dalam gambar berikut
ini :
Gambar 3. 7 Penggabungan 2 buah Elemen Segitiga [Dasar-dasar metode Elemen Hingga,
Yerri Susatio, 2004]
Elemen 1 : Berbatas node 1, 4 dan 3
Elemen 2 : Berbatas node 1, 2 dan 3
Node 1 : Diberi nomor 1 untuk Displacement datar global
Diberi nomor 2 untuk Displacement tegak global
Node 2 : Diberi nomor 3 untuk Displacement datar global
Diberi nomor 4 untuk Displacement tegak global
Node 3 : Diberi nomor 5 untuk Displacement datar global
Diberi nomor 6 untuk Displacement tegak global
Node 4 : Diberi nomor 7 untuk Displacement datar global
Diberi nomor 8 untuk Displacement tegak global
Matriks kekakuan Global adalah gabungan dari matriks kekakuan elemen-elemen penyusun
dengan memperhatikan urutan di atas. Matriks kekakuan global berukuran 8 x8.
Universitas Sumatera Utara
-
Perhatikan matrik berukuran 8 baris x 8 kolom pada halaman berikutnya. Yang
diarsir tegak adalah matriks kekakuan elemen 2, sedangkan elemen 1 diwakili oleh elemen-
elemen matriks dengan baris dan kolom bernomor 1,2,5,6,7,8 (diarsir datar).
Daerah yang diarsir tegak maupun datar (daerah overlap) berarti jumlah dari dua
elemen atau dengan kata lain terdapat node-node yang sama yang juga dipakai oleh kedua
elemen. Dalam gambar 3.17 diatas, ode global 1, 2, 5, dan 6 (lihat matriks dibawah) kedua
sub matrik diarsir baik datar maupun tegak.
III.1.5 Elemen Segitiga dalam Koordinat Natural
Jika sebelumnya telah dibahas tentang penggunaan Sistem Koordinat Lokal dan
Global, serta hubungan antara Sistem Koordinat Lokal-Global atau sebaliknya.
Bagian ini akan membahas tentang penggunaan sistem Koordinat Natural dalam menyatakan
fungsi Displacement. Elemen segitiga yang dianalisa, bersifat Isoparametrik. Artinya
koefisien-koefisien dari fungsi Displacement, sama dengan koefisien-koefisien yang dipakai
dalam fungsi koordinat spasial/Shape function. Tahapan yang dilakukan dalam analisa
dengan Sistem Koordinat Natural diperinci sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
-
Langkah 1 : Pemilihan Fungsi Displacement
Fungsi Displacement nodal dinyatakan dalam Koordinat Natural adalah:
u = L1 u1 + L2 u2 + L3 u3
v = L1 v1 + L2 v2 + L3 v3 .....pers.3.34
mengingat bahwa L1 + L2 + L3 = 1 maka persamaan 3.34 dapat dinyatakan sebagai:
u = L1u1 + L2u2 + ( 1 - L1 - L2 ) u3
v = L1v1 + L2v2 + ( 1 - L1 - L2 ) v3 .....pers.3.34 (a)
Dengan pertimbangan bahwa elemen yang diambil bersifat Isoparametrik, maka fungsi
koordinat spasial, dapat dinyatakan sebagai :
x = L1 x1 + L2 x2 + L3 x3 .....pers.3.35
atau
x = L1 x1 + L2 x2 + ( 1 - L1 - L2 ) x3 .....pers.3.35 (a)
dan = L1y1 + L2y2 + ( 1 - L1 - L2 ) y3 .....pers.3.35 (b)
Gambar 3. 8 Elemen Segitiga dalam Koordinat Global dan Koordinat Natural
Perhatikan dalam gambar 3. 8 diatas, bahwa L1 dinyatakan dalam arah tegak lurus sisi
1, L2 dinyatakan dalam arah sisi 2, dan L3 dinyatakan dalam arah tegak lurus pada sisi 3.
Langkah 2 : Penurunan Strain Elemen
Dari persamaan 3.34(a) dan persamaan 3.35 dapat dihitung besarnya :
Universitas Sumatera Utara
-
.......,.........,.......,.........,2121 L
x
L
xdan
L
u
L
u
Turunkan persamaan 3.34(a) terhadap L1 diperoleh :
111 L
y
y
u
L
x
x
u
L
u
.....pers.3.36
Turunkan persamaan 3.34(a) terhadap L2 diperoleh :
222 L
y
y
u
L
x
x
u
L
u
.....pers.3.37
Susun kembali kedua persamaan 3.36 dan 3.37 menjadi satu sistem persamaan simultan:
111 L
y
y
u
L
x
x
u
L
u
.....pers 3.38
222 L
y
y
u
L
x
x
u
L
u
dalam bentuk matriks persamaan 3.38 ditulis sebagai :
y
ux
u
L
x
L
x
L
y
L
x
L
u
L
u
22
11
2
1 .....pers 3.39
Hitung besar elemen-elemen matriks [ Q ] dengan menurunkan persamaan 3.35(a) dan
persamaan 3.35(b)
,311
xxL
x
,32
2
xxL
x
,311
yyL
y
,32
2
yyL
y
Elemen-elemen matriks [ Q ] diperoleh dari meurunkan persamaan 3.34 (a) terhadap L1 dan
L2.
Universitas Sumatera Utara
-
,311
uuL
u
,32
2
uuL
u
Substitusikan harga-harga ini ke dalam persamaan 3.39 (a), didapatkan :
y
ux
u
yyxx
yyxx
uu
uu
3232
3131
32
31 maka :
32
31
3232
31311
uu
uu
yyxx
yyxx
jy
ux
u
.....pers. 3.40
Dimana j = determinan Jacobian
= (x1-x3) (y2-y3) - (x2-x3) - (y1-y3)
Ubah bentuk
32
31
uu
uu menjadi
3
2
1
32
31
110
101
u
u
u
uu
uudan substitusikan ke persamaan 3.40
3
2
1
123123
2113321
u
u
u
xxxxxx
yyyyyy
j
x
ux
u
.....pers. 3.41
Hal yang sama berlaku untuk displacement v, diperoleh persamaan yang sama seperti 3.41
3
2
1
123123
2113321
v
v
v
xxxxxx
yyyyyy
j
x
vx
v
.....pers. 3.41
Gabungkan kedua persamaan 3.40 dengan persamaa 3.41, dan akan diperoleh :
Universitas Sumatera Utara
-
3
3
2
2
1
1
2\11213313223
123123
211332
000
0001
v
u
v
u
v
u
yyxxyyxxyyxx
xxxxxx
yyyyyy
j
x
v
y
u
y
vx
u
Dalam bentuk simbol ditulis:
{ } = [ B ] { g }
Perhatikan kembali persamaan 3.12 dan persamaan 3.28. Kedua persamaan tersebut
dan persamaan 3.41 menyatakan hal yang sama. Disimpulkan bahwa pernyataan strain dalam
bentuk sistem koordinat adalah sama.
Energi Strain U telah dituliskan dalam persamaan 3.
U = {g}T
[B]T [c] [B] {g} h A
[K] = [B]T [c] [B] hA
Matriks [K] adalah matriks kekakuan dari elemen
Langkah 3: Menentukan Gaya Nodal Ekuivalen
Gaya Nodal : (gaya yang bekerja pada node-node elemen)
3
3
2
2
1
1
Fy
Fx
Fy
Fx
Fy
Fx
Q NF .....pers. 3.42
Gaya terdistribusi pada sisi elemen
dsT
TNhQ
y
xT
S
T
}{ .....pers. 3.43
Gaya body terdistribusi :
dBB
NhQy
xT
A
BF}{ .....pers. 3.44
Universitas Sumatera Utara
-
Dimana { Q }T dan { Q }BF adalah vektor kolom berorde 6x1
Persamaan 3.32 (a) dalam bentuk lain dapat ditulis dengan
3
3
2
2
1
321
321
1
000
000
v
u
v
u
v
u
LLL
LLL
v
u .....pers. 3.45
Ingat L1 + L2 + L3 = 1 dan matriks [N] disebut juga Matriks Shape Function
Persamaan 3.45 dalam bentuk simbol ditulis :
{ U } = [ N ] {q}
Dalam kaitan dengan Koordinat Natural, persamaan 3.73 ditulis sebagai.
dsTy
Tx
L
L
L
L
L
L
hQS
T
4
4
3
3
1
1
0
0
0
0
0
0
.....pers. 3.43 (a)
Universitas Sumatera Utara
-
III.2 Elemen Quadrilateral Empat Node Isoparametrik
Pernyataan umum untuk matriks kekakuan dari semua bidang tebal h dalam metode
elemen hingga adalah :
dABCBhKT
A
.....pers. 3.44
Untuk elemen quadrilateral, matriks [ B ] dari suatu elemen tidak lagi merupakan
konstanta yang dapat dikeluarkan dari integrasi, karena kedua matrik tersebut masih
merupakan fungsi dari Koordinat Natural s dan t. Kesulitan yang akan dihadapi adalah dalam
menghitung integral.
Ada tiga hal yang perlu untuk mendapatkan perhatian dalam menganalisa jenis elemen ini:
1. Koordinat natural dari elemen Quadrilateral
2. Koefisien dari fungsi interpolasi (shape function) untuk elemen ini
3. Integrasi numerik dari perkalian dari [B]T [C] [B] untuk seluruh luasan elemen.
III.2.1 Koordinat Natural dari Elemen
Elemen Quadrilateral dengan empat buah node dilukiskan dalam gambar berikut ini:
Gambar 3. 9 Elemen Quadrilateral
Penomeran node ditentukan dalam arah lawan perputaran jarum jam (CCW). Dua sumbu
Koordinat Natural s dan t berpotongan tidak harus tegak lurus. Dalam gambar disamping,
akan ditentukan Koordinat Natural dari ke empat node dari elemen tersebut. Untuk itu
perhatikan gambar berikut ini.
Universitas Sumatera Utara
-
t
4 3
(-1,1) (1,1)
1 2
(-1,-1) (1,-1)
Gambar 3.10 Koordinat Natural untuk Elemen Quadrilateral
Dalam sistem koordinat natural, ke empat node dari elemen dinyatakan dalam (s,t) seperti
nampak pada gambar 3. 9. Diingatkan kembali bahwa kedua sumbu koordinat ini tidak harus
tegak lurus.
Fungsi interpolasi atau fungsi Displacement dakam arah x dan y adalah :
u (s,t) = N1 u1 + N2 u2 + N3 u3 + N4 u4
v (s,t) = N1 v1 + N2 v2 + N3 v3 + N4 v4 ....pers. 3.45
Untuk koordinat Global:
x (s,t) = N1 x1 + N2 x2 + N3 x3 + N4 x4
y (s,t) = N1 y1 + N2 y2 + N3 y3 + N4 y4 ....pers. 3.46
Besarnya Shape Function untuk setiap node (diperoleh dari interpolasi Lagrange) adalah :
4
)1).(1(1
tsN
4
)1).(1(2
tsN
4
)1).(1(3
tsN
4
)1).(1(4
tsN
....pers. 3.46(a)
Catatan N1 + N2 + N3 + N4 =1 artinya jumlah shape function dari suatu titik = 1
III.2.2 Strain Elemen Matriks Displacement
Gunakan kembali persamaan 3.45 dan 3.46 untuk menghitung Strain dari Elemen
Quadrilateral.
Universitas Sumatera Utara
-
sy
y
u
s
x
x
u
s
u
t
y
y
u
t
x
x
u
t
u
....pers. 3.47
Kedua persamaan yang terdapat pada 3.47 dalam bentuk matriks ditulis :
y
ux
u
s
y
s
xs
y
s
x
t
us
u
....pers. 3.47(a)
Maka :
t
ux
u
s
x
s
xs
y
t
y
Jy
ux
u
1 ....pers. 3.47(b)
Dimana : J = Determinan Jacobian
=
s
y
t
x
t
y
s
x
Diferensialkan persamaan 3.45 terhadap s:
44
33
22
11 x
s
Nx
s
Nx
s
Nx
s
N
s
x
1
4
1
xs
N
s
x
i
i
....pers. 3.48
Demikian pula untuk s
y
,
t
x
,
t
y
i
i
i ys
N
s
y
4
1
....pers. 3.48(a)
ii
i xt
N
t
x
4
1
....pers. 3.48(b)
ii
i yt
N
t
y
4
1
....pers. 3.48(c)
Universitas Sumatera Utara
-
Turunan dari masing-masing Shape Function terhadap s dan t menghasilkan persamaan-
persamaan berikut ini:
)1(4
11 ts
N
, )1(
4
11 ts
N
)1(4
12 ts
N
)1(
4
12 st
N
)1(4
13 ts
N
)1(
4
13 st
N
)1(4
14 ts
N
)1(
4
14 st
N
....pers. 3.49
Determinan Jacobian J dihitung sebagai berikut:
s
y
t
x
t
y
s
xJ
i
i
ii
i
ii
i
ii
i
i ys
Nx
t
Ny
t
Nx
s
N
4
1
4
1
4
1
4
1
jii
j
iii
i
xt
N
s
N
s
N
t
Ny )({
44
....pers. 3.50
Dalam bentuk matrik, persamaan 3.49 ditulis sebagai
4
3
2
1
4321
x
x
x
x
ayyyyJ ....pers. 3.50 (a)
Dimana [ a ] adalah matrik yang elemen-elemennya memenuhi persamaan:
))(())((t
N
s
N
s
N
t
Na
jiji
ji
....pers. 3.50 (b)
Dalam bentuk yang lebih terperinci, elemen matrik [ a ] masing adalah:
0))(())(( 111111
t
N
s
N
s
N
t
Na
Universitas Sumatera Utara
-
)1(8
1)}1(
4
1)}{1(
4
1{)}1(
4
1)}{1(
4
1{))(())(( 2121
21tstts
t
N
s
N
s
N
t
Na
)(8
1))(())(( 3131
31st
t
N
s
N
s
N
t
Na
)1(8
1))(())(( 4141
41
s
t
N
s
N
s
N
t
Na
Demikian seterusnya untuk semua elemen matriks [ a ]. Disimpulkan matrik [ a ] adalah :
0)1(1
10)1(
)(101
110
8
1][
ttss
tsts
stst
sstt
a ....pers. 3.51
Lihat kembali persamaan 3.47 (b). Dari persamaan tersebut, tinjau pada bagian:
][1
t
u
s
y
s
u
t
y
Jx
u
(a)
Dari persamaan 3. 44 dapat ditentukan
ii
i
us
N
s
u
4
1
, ii
i
ut
N
t
u
4
1
sedangkan t
y
dan
s
y
Diperoleh dari persamaan 3. 48 (a) dan persamaan 3.48 (c)
Substitusikan: s
u
,
t
u
,
t
y
,
s
y
ke persamaan (a) diperoleh:
})({1 4
1
4
1
j
jijii
ii
ut
N
s
N
s
N
t
Ny
Jx
u
Dalam bentuk matriks ditulis :
x
u
u
u
u
yyyyJx
u
3
3
2
1
4321
1 ....pers. 3.52
Bagian kedua dari persamaan 3.47(b) adalah :
Universitas Sumatera Utara
-
)])(())([(1
t
u
s
x
t
u
t
x
Jy
u
})({1 4
1
4
1
j
jijii
ii
ut
N
s
N
s
N
t
Nx
Jy
u
Dalam bentuk matrik, persamaan terakhir ini ditulis sebagai
x
u
u
u
u
axxxxJy
u
4
3
2
1
4321
1 ....pers. 3.53
Untuk Displacement ke arah vertikal ( = v ), persamaan 3.47(b) di ubah menjadi
(Ganti semua u dengan v)
t
vs
v
s
x
t
xs
y
t
y
Jy
vx
v
1 ....pers. 3.54
Dari persamaan tersebut, ditulis :
)])(())([(1
t
v
s
y
s
v
t
y
Jx
v
4
3
2
1
4321
1
v
v
v
v
ayyyyJ
....pers. 3.54(a)
Dari persamaan 3.47 (b) juga diperoleh:
)])(())([(1
t
v
s
x
s
v
t
x
Jx
v
Universitas Sumatera Utara
-
y
v
v
v
v
axxxxJ
4
3
2
1
4321
1
....pers. 3.54(b)
Diingatkan kembali tentang defenisi dari Strain :
xy
y
x
dimana x
v
y
uxy
Ambil y
u
dari persamaan 3.51 da ambil
x
v
dari persamaan 3.52 kemudian jumlahkan, maka
didapatkan :
4
3
2
1
4321
4
3
2
1
4321 ][1
][1
v
v
v
v
ayyyyJ
u
u
u
u
axxxxJx
v
y
uxy
Sehingga
}]{[][
4
4
3
3
2
2
1
1
qB
v
u
v
u
v
u
v
u
B
xy
y
x
....pers. 3.55
Dari persamaan 3.50 berikut ini akan dihitung berapakah harga dari B1j ?
j
i
j ayJ
B 1
4
1
1)12(,1
1
dimana j =1, 2, 3, 4 ....pers. 3.56(a)
B1,j = 0 untuk j = 2, 4, 6, 8 ....pers. 3.56(b)
Universitas Sumatera Utara
-
Dengan kata lain ; B1,genap = 0
Dari persamaan 3.53 diperoleh:
j
i
j axJ
B 1
4
1
12,2
1
dimana j = 1, 2, 3, 4 .....pers. 3.56(c)
B2,j = 0 untuk j = 1, 3, 5, 7 ....pers. 3.56(d)
Dengan kata lain B2,gasal = 0
Dari persamaan 3.51 dan 3.52 diperoleh
B3,j = B2,(j +1) untuk j = 1, 3, 5, 7 ....pers. 3.56(e)
= B1,(j -1) untuk j = 2, 4, 6, 8 ....pers. 3.56(f)
Agar penulisan lebih sederhana, diadakan peringkasan sebagai berikut :
xm, n = xm - xn dan
ym, n = ym - yn
maka elemen-elemen matriks [ B ] dinyatakan sebagai berikut :
)(8
13243243211 ytysy
JBB
)(8
11434313413 ytysy
JBB
)(8
12321423615 ytysy
JBB
)(8
12321133817 ytysy
JBB
)(8
12334423122 xtxsx
JBB
)(8
14143133324 xtxsx
JBB
)(8
11421243526 xtxsx
JBB
Universitas Sumatera Utara
-
)(8
13212313728 xtxsx
JBB ....pers. 3.56(g)
Dimana,
4
3
2
1
4321
0)1(1
10)1(
)(101
110
8
1
y
y
y
y
ttss
tsts
stst
sstt
xxxxJ ....pers. 3.56(h)
Sehingga diperoleh Matriks Kekakuan :
dABEBhKT
A
; atau ....pers. 3.57 (a)
dsdttsJtsBEtsBhKT
),(),(),(
1
1
1
1
....pers. 3.57(b)
Formula di bawah untuk integral numerik Gauss 2x2 titik :
),(),(,(
),(),(,(
),(),(,(
),(),(,(
22222222
12121212
21212121
11111111
tsJtsBEtsBwhw
tsJtsBEtsBwhw
tsJtsBEtsBwhw
tsJtsBEtsBwhwK
T
T
T
T
....pers. 3.58
Universitas Sumatera Utara
-
BAB IV
HASIL & PEMBAHASAN
IV.1 Umum
Perhitungan secara manual dengan Metode Elemen Hingga adalah suatu metode
perhitungan yang mengaplikasikan sistem matriks dalam perhitungannya. Dimana dalam
analisanya dikenal dua metode utama yaitu Metode Kekakua langsung ( Direct Stiffness
Method/Displacement Method ) dan Metode Fleksibilitas (Flexibility Method/Force Method).
Metode Kekakuan Langsung merupakan metode yang didasarkan pada konsep
kekakuan (stiffness) dan displacement (translasi dan rotasi) adalah sebagai variabel utama
yang tidak diketahui dan dicari lebih dulu. Kemudian respon struktur lainnya yaitu reaksi
tumpuan dan gaya-gaya dalam (gaya aksial, momen lentur, momen torsi dan gaya geser) akan
diselesaikan kemudian. Secara berurutan, persamaan-persamaan yang digunakan dalam
formulasi adalah persamaan aksi-deformasi, persamaan keseimbangan dan persamaan
kompatibilitas. Pada Metode Fleksibilitas, gaya (reaksi tumpuan dan gaya-gaya dalam)
merupakan variabel utama yang tidak diketahui dan dicari lebih dulu.
Secara berurutan persamaan yang digunakan dalam formulasi adalah persamaan aksi-
deformasi, persamaan kompatibilitas dan persamaan keseimbangan.
Dalam perhitungan kali ini, Metode Kekakuan Langsung (Direct Stiffness Method)
adalah formulasi yang digunakan. Secara singkat dan berurutan, prosedur perhitungan yang
harus ditempuh adalah:
1. Semua kekakuan elemen (dalam bentuk matriks kekakuan) dievaluasi sesuai dengan
hubungan antar aksi dan deformasi dengan referensi koordinat lokal elemen
tersebut.
2. Matriks kekakuan elemen ditransformasikan ke sistem koordinat global.
Universitas Sumatera Utara
-
3. Matriks kekakuan elemen-elemen (dalam koordinat global) disuperposisikan
(dengan mempertimbangkan kompatibilitas) menjadi matriks kekakuan struktur.
4. Berdasarkan pembebanan yang bekerja, disusun vektor gaya dengan referensi
koordinat global.
5. Kondisi batas displacement paa titik-titik nodal tumpuan maupun kondisi batas
gaya pada titik-titik nodal bebas diformulasikan dalam bentuk vektor displacement
dan vektor gaya. Selanjutnya digunakan kondensasi statis untuk memperoleh
matriks kekakuan (stiffness matrix) struktur tereduksi.
6. Matriks kekakuan struktur yang telah tereduksi tersebut memberikan persamaan
keseimbangan struktur yang solusinya menghasilkan displacement di setiap titik
nodal. Selanjutnya, reaksi di setiap titik nodal tumpuan dapat diperoleh.
7. Tahap terakhir adalah penghitungan gaya-gaya dalam dan tegangan-tegangan dalam
untuk setiap elemen.
Universitas Sumatera Utara
-
Adapun data-data yang dipergunakan dalam analisa ini adalah sebagai berikut :
1. Panjang bentang L = 10 meter = 1000 cm
2. Lebar bentang h = 2 meter = 200 cm
3. Tebal balok t = 20 cm
4. Beban Horizontal PI= 50 ton= 500 KN= 500000N
PII = 50 ton= 500 KN = 500000N
E = 21 x 10 6
N/cm2 ; v = 0,3
5. Perletakan jepit-jepit
200 mm
2000 mm
1000 mm
P = 500KN P = 500KN
Universitas Sumatera Utara
-
Total nilai K
380769231 75000000 -57692308 -5769230,8 0 -75000000 -323076923 5769230,8
75000000 943269231 5769230,8 -20192308 -34615385 0 -5769230,8 -923076923
-57692308 5769230,8 380769231 -75000000 0 -5769230,8 0 75000000
K =
-5769230,8 -20192308 -75000000 943269231 -34615385 -923076923 75000000 0
0 -34615385 0 -34615385 57692308 34615385 -57692308 34615385
-75000000 0 -5769230,8 -923076923 34615385 943269231 5769230,8 -20192308
-323076923 -5769230,8 0 75000000 -57692308 5769230,8 380769231 -75000000
5769230,8 -923076923 75000000 0 34615385 -20192308 -75000000 943269231
Setelah diperoleh nilai K kemudian akan disusun Matriks Kekakuan Gabungan untuk 80
Elemen Segiempat atau 99 titik global, seperti yang terdapat di dalam Lampiran 3
Rumus :
Gaya = Matriks Kekakuan x Perpindahan
Atau { F } = [ K ] {d}
Selanjutnya akan dicari besarnya perpindahan yang terjadi adalah :
{d} = [ K ]-1
x { F }
Sehingga akan diperoleh besarnya perpindahan u dan v untuk setiap titik global.
Besarnya perpindahan yang didapat dengan pembagian Elemen Segiempat dengan 99
titik global adalah :
di titik 20 (titik tinjau 1) diperoleh :
u = -0,07100814 cm dan
v = 0,0102564
dititik 56 (titik tinjau 2) diperoleh :
u = -0,0764021 cm dan
v = 0,0124371 cm
Universitas Sumatera Utara
-
IV. 3 Elemen Segiempat (Linear Quadrilateral)
KOORDINAT GLOBAL
91
1 2 11 12 21 22 31 32 41 42
3
2 19 20 37 38 55 56 73 74
21
100 cm 100 cm 100 cm 100 cm 100 cm 100 cm 100 cm 100 cm 100 cm 100 cm
25 cm
1000 cm
22 39 40 57 58 75 76 92 4
17 35 36 53 54 71 72 89 90 99 18
15 33 34 51 52 69 70 87 88 98 166
13 31 32 49 50 67 68 85 86 97 14
11 29 30 47 48 65 66 83 84 96 12
9 27 28 45 46 63 64 81 82 95 10
7 25 26 43 44 61 62 79 80 94 8
5 23 24 41 42 59 60 77 78 93 6
25 cm
25 cm
25 cm
25 cm
25 cm
25 cm
25 cm
Universitas Sumatera Utara
-
IV. 5 Grafik dan Perbandingan
Secara Eksak Elemen Segitiga Elemen Segitiga Keterangan Titik tinjau
1 = -0,064285178 cm 1 = -0,087057419 cm 1 = -0,071008140 cm
= titik 12
= titik 20
2 = -0,064285178 cm 2 = -0,085233640 cm 2 = -0,07640210 cm
= titik 30
= titik 56
Grafik Perbandingan
: secara eksak
: elemen segiempat
: elemen segitiga
0
-0,064285178 -0,064285178
00
-0,087057419 -0,08523364
00
-0,07100814
-0,0764021
0
-0,12
-0,115
-0,11
-0,105
-0,1
-0,095
-0,09
-0,085
-0,08
-0,075
-0,07
-0,065
-0,06
-0,055
-0,05
-0,045
-0,04
-0,035
-0,03
-0,025
-0,02
-0,015
-0,01
-0,005
2,5E-16
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Universitas Sumatera Utara
-
0-0,064285178 -0,064285178
00
-0,087057419 -0,08523364
00
-0,07100814-0,0764021
0
-0,12-0,115
-0,11-0,105
-0,1-0,095
-0,09-0,085
-0,08-0,075
-0,07-0,065
-0,06-0,055
-0,05-0,045
-0,04-0,035
-0,03-0,025
-0,02-0,015
-0,01-0,005
2,7E-16
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 KESIMPULAN
1. Dalam tugas akhir ini dibuat suatu verifikasi yang digunakan untuk membandingkan
hasil-hasil yang didapat dari perhitungan manual dan program Exel. Besarnya
perpindahan yang didapat dengan pembagian Elemen Segitiga yakni 80 elemen dengan
55 titik global adalah : di titik 12 (titik tinjau 1) diperoleh u = -0,087057419 cm dan v =
0,191331061 cm dan di titik 32 (titik tinjau 2) diperoleh u = -0,08523364 cm dan v =
0,2201640 cm. Sedangkan untuk pembagian dengan Elemen Segiempat dengan 99 titik
global adalah : di titik 20 (titik tinjau 1) diperoleh u = -0,07100814 cm dan v = 0,0102564
dan dititik 56 (titik tinjau 2) diperoleh u = -0,0764021 cm dan v = 0,0124371 cm
Secara Eksak Elemen Segitiga Elemen SegiEmpat Keterangan Titik tinjau
1 = -0,064285178 cm 1 = -0,087057419 cm 1 = -0,071008140 cm
= titik 12
= titik 20
2 = -0,064285178 cm 2 = -0,085233640 cm 2 = -0,07640210 cm
= titik 30
= titik 56
Grafik Perbandingan
: secara eksak : elemen segiempat : elemen segitiga
Universitas Sumatera Utara
-
2. Sedangkan dengan perhitungan secara eksak akan diperoleh perpindahan akibat gaya 1 =
-8,035178 x 10-2 dan perpindahan akibat momen 2 = -5,62500 x 10-2. Sehingga besarnya
diperoleh adalah 1 - 2 = -6,4285178 x 10-2
atau -0,064285178 cm
3. Adapun selisih antara setiap Elemen dengan nilai Eksak adalah :
Selisih dengan Elemen Segitiga
Titik tinjau 1 = -0,087057419 cm (-0,064285178cm ) = 0,022772319 cm
Titik tinjau 2 = -0,08523364 cm (-0,064285178cm ) = 0,020948462 cm
Selisih dengan Elemen Segiempat
Titik tinjau 1 = -0,07100814 cm (-0,064285178cm ) = 0,00672304 cm
Titik tinjau 2 = -0,0764021 cm (-0,064285178cm ) = 0,012116922 cm
4. Jika dibandingkan antara hasil yang diperoleh dengan cara perhitungan Exel dan
eksak terdapat selisih. Dan nilai yang lebih mendekati adalah nilai Elemen Segiempat,
yakni memiliki selisih paling kecil sebesar : 0,00672304 cm
5. Data yang di input ke dalam program Exel haruslah tepat. Kalau tidak tepat maka
hasil keluaran output pasti akan salah juga.
6. Diperlukan tingkat konsentrasi dan ketelitian dalam melakukan perhitungan di Exel
saat melakukan penjumlahan matriks sera perkaliannya agar kesalahan tidaklah besar.
Universitas Sumatera Utara
-
V.2 SARAN
1. Perbedaan hasil dari perhitungan Microsoft Exel dengan perhitungan secara eksak
disebabkan karena pembulatan koma .
2. Dalam mengerjakan soal Metode Elemen Hingga sangatlah diperlukan ketelitian dan
tingkat konsentrasi agar meminimalkan kesalahan dalam penjumlahan atau
penggabungan matris dari setiap elemen-elemen yang ada.
Universitas Sumatera Utara