Lewati ke isi

Kondisi Batas dan Beban

Dalam FrontISTR, kondisi batas dan beban untuk analisis struktur, konduksi panas, dan dinamik didefinisikan dengan keyword. Dalam analisis struktur statik, kondisi batas dan beban yang didefinisikan dikelompokkan berdasarkan ID grup dan diaktifkan untuk setiap step melalui !STEP menggunakan baris BOUNDARY atau LOAD. Dalam analisis dinamik, !BOUNDARY, !CLOAD, !VELOCITY, !ACCELERATION, dan !SPRING untuk metode implisit juga dapat diaktifkan per grup dari !STEP. Kondisi yang berubah terhadap waktu diskalakan menggunakan !AMPLITUDE, dan hubungan linear di antara beberapa derajat kebebasan didefinisikan dengan !EQUATION.

Ikhtisar Fitur

Kondisi batas dan beban dapat diklasifikasikan menurut jenis analisis sebagai berikut.

Jenis Analisis Keyword Utama Tujuan
Analisis struktur !BOUNDARY Menerapkan kendala tetap, perpindahan yang ditentukan, dan rotasi yang ditentukan terhadap pusat rotasi.
Analisis struktur !CLOAD Menerapkan gaya nodal terpusat, momen pada derajat kebebasan rotasi, dan torsi terhadap pusat rotasi.
Analisis struktur !DLOAD Menerapkan tekanan permukaan, beban permukaan, gaya benda, gravitasi, dan gaya sentrifugal.
Analisis struktur !SPRING Menerapkan tumpuan pegas pada derajat kebebasan nodal.
Analisis struktur !TEMPERATURE Menentukan langsung temperatur nodal yang digunakan dalam analisis tegangan termal atau membacanya dari file hasil.
Analisis dinamik !VELOCITY, !ACCELERATION Menerapkan kecepatan atau percepatan awal, atau kecepatan/percepatan yang ditentukan dan berubah terhadap waktu.
Analisis konduksi panas !FIXTEMP, !CFLUX, !DFLUX, !SFLUX, !FILM, !SFILM, !RADIATE, !SRADIATE Menerapkan temperatur tetap, fluks panas, konveksi, dan radiasi.
Umum !AMPLITUDE Menentukan faktor skala yang berubah terhadap waktu untuk kondisi batas dan beban dalam bentuk tabel.
Definisi mesh !EQUATION Mendefinisikan persamaan kendala multi-titik.

Dalam analisis struktur, nomor derajat kebebasan 1, 2, dan 3 biasanya diperlakukan sebagai derajat kebebasan translasi, sedangkan 4, 5, dan 6 sebagai derajat kebebasan rotasi. Derajat kebebasan rotasi bermakna pada model dengan enam derajat kebebasan, seperti elemen shell dan beam. Untuk model yang hanya memuat elemen solid dua atau tiga dimensi, tentukan kendala dan beban hanya dalam rentang derajat kebebasan yang dimiliki node target.

Kendala Perpindahan dalam Analisis Struktur

Kendala perpindahan ditentukan dengan !BOUNDARY. Rentang derajat kebebasan dan suatu nilai diberikan untuk node atau grup node. Nilai 0 mendefinisikan kendala tetap, sedangkan nilai bukan nol mendefinisikan perpindahan atau rotasi yang ditentukan.

Dalam analisis struktur, !BOUNDARY menerima rentang derajat kebebasan dari 1 hingga 6. 1 hingga 3 bersesuaian dengan perpindahan translasi, sedangkan 4 hingga 6 bersesuaian dengan kendala rotasi pada node yang memiliki derajat kebebasan rotasi. Karena suatu rentang derajat kebebasan dapat ditentukan sekaligus, misalnya translasi dapat dikendalai dengan menetapkan 1 hingga 3 secara bersamaan.

Jika parameter AMP ditentukan, nilai yang ditentukan berubah terhadap waktu menurut fungsi amplitudo. Pada spesifikasi normal, perpindahan yang ditentukan diterapkan secara inkremental sesuai faktor beban di dalam step atau perubahan fungsi amplitudo. Jika TOTAL=YES ditentukan, nilai yang ditentukan diperlakukan sebagai target perpindahan total.

Jika ROT_CENTER ditentukan, kendala rotasi dapat diterapkan terhadap grup node pusat. Dengan spesifikasi ini, perpindahan translasi grup node target dihitung dari besar rotasi dan diberlakukan sebagai kendala. Kombinasi ROT_CENTER dan TOTAL=YES tidak didukung, sehingga kendala rotasi terhadap pusat rotasi digunakan sebagai spesifikasi inkremental.

Beban Terpusat dalam Analisis Struktur

Beban nodal terpusat ditentukan dengan !CLOAD. Jika node atau grup node, nomor derajat kebebasan, dan nilai beban diberikan, beban dimasukkan ke ruas kanan untuk derajat kebebasan tersebut.

Nilai yang ditentukan untuk derajat kebebasan translasi 1 hingga 3 diperlakukan sebagai gaya nodal dalam arah koordinat. Pada model dengan derajat kebebasan rotasi, nilai yang ditentukan untuk 4 hingga 6 dapat menerapkan momen pada derajat kebebasan rotasi. Jika parameter AMP ditentukan, beban terpusat dikalikan dengan nilai fungsi amplitudo.

Jika ROT_CENTER ditentukan, beban diterapkan sebagai torsi terhadap grup node pusat. Dalam hal ini, vektor torsi yang ditentukan didistribusikan menjadi gaya nodal berdasarkan vektor posisi dari pusat ke node target. Karena torsi tidak dapat didistribusikan jika pusat dan node target berada pada posisi yang sama, hubungan geometris antara pusat rotasi dan titik beban harus diperiksa.

Perlu kehati-hatian ketika !CLOAD ditentukan untuk grup node pada model yang juga menggunakan !MESH dengan REFINE (refinement mesh, Refiner). Refinement membuat node midside baru pada edge yang termasuk dalam grup node asli, dan node midside tersebut juga ditambahkan ke grup node yang sama. Karena !CLOAD memberikan nilai beban terpusat yang sama kepada setiap node dalam grup node, beban terpusat yang sama juga diterapkan ke node midside yang ditambahkan, sehingga total beban berbeda dari yang dimaksud sebelum refinement. Saat menentukan beban terpusat berdasarkan grup node, perhitungkan bertambahnya titik beban akibat refinement, atau sebaiknya tentukan node individual secara langsung.

Beban Terdistribusi dan Gaya Benda dalam Analisis Struktur

Beban terdistribusi dan gaya benda ditentukan dengan !DLOAD. !DLOAD menentukan tipe beban dan parameter untuk grup elemen atau grup permukaan. Variasi terhadap waktu ditentukan dengan parameter AMP.

Tipe beban utama adalah sebagai berikut.

Tipe Beban Deskripsi
P0, PP, P1–P6 Menerapkan tekanan yang bekerja pada muka elemen. Keterkaitan antara nomor muka dan muka elemen bergantung pada jenis elemen.
PX, PY, PZ Menentukan tekanan dengan arah koordinat eksplisit. Diubah menjadi vektor arah selama pemrosesan input.
S... Menerapkan beban permukaan ke grup permukaan. Nomor muka diperoleh dari definisi grup permukaan.
BX, BY, BZ Menerapkan gaya benda dalam arah koordinat.
GRAV Menentukan vektor percepatan gravitasi. Digabungkan dengan densitas material dan dimasukkan sebagai gaya benda.
CENT Menerapkan gaya sentrifugal berdasarkan sumbu rotasi dan kecepatan sudut.

Jika FOLLOW=YES ditentukan, tekanan permukaan mengikuti orientasi permukaan yang terdeformasi. Spesifikasi ini bermakna dalam analisis struktur yang memperhitungkan deformasi hingga. Pada analisis dengan geometri nonlinear dinonaktifkan, follower pressure dinonaktifkan oleh implementasi.

Seperti P1 hingga P6 dan S1 hingga S6 pada sisi analisis panas, arti nomor muka berbeda menurut jenis elemen. Lihat referensi keyword untuk keterkaitan spesifik antara nomor muka dan urutan field data.

Tumpuan Pegas dalam Analisis Struktur

Tumpuan pegas ditentukan dengan !SPRING. Jika node atau grup node, nomor derajat kebebasan, dan konstanta pegas diberikan, kekakuan pegas ditambahkan ke kekakuan diagonal derajat kebebasan target, dan reaksi pegas yang sebanding dengan perpindahan saat ini dimasukkan ke ruas kanan.

Jika ditentukan untuk derajat kebebasan 1 hingga 3, tumpuan diperlakukan sebagai pegas translasi. Pada model dengan derajat kebebasan rotasi, penentuan 4 hingga 6 memungkinkan penggunaan pegas rotasi. Periksa konfigurasi derajat kebebasan agar pegas tidak diberikan ke derajat kebebasan yang tidak ada pada model target.

Dalam implementasi saat ini, kekakuan pegas !SPRING tidak divariasikan terhadap waktu oleh fungsi amplitudo individual. Di dalam satu step, pegas dirakit sesuai faktor step. Untuk mengaktifkan atau menonaktifkan tumpuan pegas, gunakan ID grup dan !STEP beserta spesifikasi LOAD untuk mengendalikannya pada setiap step.

Beban Temperatur dalam Analisis Struktur

Gunakan !TEMPERATURE untuk menerapkan beban akibat regangan termal dalam analisis struktur. Jika temperatur ditentukan untuk setiap node atau grup node, gaya nodal ekuivalen untuk analisis tegangan termal dirakit berdasarkan selisih terhadap temperatur referensi atau temperatur sebelumnya. Koefisien muai termal ditentukan dalam definisi material. Temperatur referensi ditentukan dengan !REFTEMP.

Temperatur dapat ditentukan secara langsung dalam file kontrol atau dibaca dari file hasil yang dihasilkan oleh analisis konduksi panas atau analisis lain. Jika READRESULT ditentukan, temperatur nodal pada baris data tidak dibaca; sebaliknya, data hasil yang ditentukan oleh SSTEP, INTERVAL, READTYPE, dan parameter terkait dibaca. Saat menggunakan file hasil, waktu atau nomor step yang tersimpan harus bersesuaian dengan spesifikasi pada sisi analisis struktur.

Karena !TEMPERATURE tidak memiliki parameter AMP, keyword ini tidak dikenai penskalaan oleh fungsi amplitudo. Untuk memvariasikan riwayat temperatur, kendalikan data temperatur itu sendiri, hasil analisis panas yang dibaca, atau pembagian step.

Kondisi Awal dan Nilai yang Ditentukan dalam Analisis Dinamik (Kecepatan dan Percepatan)

Dalam analisis dinamik, !VELOCITY dan !ACCELERATION dapat menentukan kondisi awal atau nilai yang ditentukan untuk kecepatan atau percepatan. Keduanya menentukan node atau grup node, rentang derajat kebebasan, dan suatu nilai. Rentang derajat kebebasan adalah 1 hingga 6; pada model dengan derajat kebebasan rotasi, 4 hingga 6 bersesuaian dengan kecepatan sudut atau percepatan sudut.

TYPE=INITIAL menentukan kecepatan awal atau percepatan awal pada awal analisis. Jika kecepatan awal diberikan, percepatan awal dihitung agar konsisten dengan persamaan gerak. Jika percepatan awal diberikan, terdapat jalur yang menghitung kecepatan awal.

TYPE=TRANSIT menentukan kecepatan atau percepatan yang ditentukan dan berubah terhadap waktu. Jika TYPE dihilangkan, nilainya diperlakukan sebagai TRANSIT. Jika AMP ditentukan, fungsi amplitudo diinterpolasi pada waktu analisis dinamik dan dikalikan ke nilai yang ditentukan.

Kendala Multi-Titik

Gunakan fungsi kendala multi-titik jika hubungan linear harus diberlakukan di antara beberapa derajat kebebasan nodal. Keyword yang bersesuaian adalah !EQUATION, yang dapat menyatakan hubungan seperti kopling kaku, batas periodik, dan hubungan perpindahan antar-node yang sulit direpresentasikan oleh kendala tetap pada satu node dan satu derajat kebebasan.

Untuk panduan penggunaan kendala multi-titik, cara penanganannya oleh solver linear, dan hubungannya dengan fungsi kopling derajat kebebasan lain seperti kontak TIED, lihat Kendala Multi-Titik.

Kondisi Batas dalam Analisis Konduksi Panas

Dalam analisis konduksi panas, temperatur tetap, fluks panas, konveksi, dan radiasi diterapkan sebagai kondisi batas. Terpisah dari !STEP untuk analisis struktur, kontrol waktu untuk analisis panas ditentukan dengan !HEAT.

Keyword Target Deskripsi Spesifikasi Amplitudo
!FIXTEMP Node atau grup node Menetapkan temperatur. AMP
!CFLUX Node atau grup node Menerapkan fluks panas nodal terpusat. AMP
!DFLUX Elemen atau grup elemen Menerapkan fluks panas terdistribusi pada volume elemen atau muka elemen. AMP
!SFLUX Grup permukaan Menerapkan fluks panas pada grup permukaan. AMP
!FILM Elemen atau grup elemen Menerapkan kondisi batas konveksi pada muka elemen. AMP1, AMP2
!SFILM Grup permukaan Menerapkan kondisi batas konveksi pada grup permukaan. AMP1, AMP2
!RADIATE Elemen atau grup elemen Menerapkan kondisi batas radiasi pada muka elemen. AMP1, AMP2
!SRADIATE Grup permukaan Menerapkan kondisi batas radiasi pada grup permukaan. AMP1, AMP2

Untuk !DFLUX, BF merepresentasikan pembangkitan panas volumetrik, sedangkan S0 hingga S6 merepresentasikan fluks panas pada muka elemen. Untuk !FILM, muka elemen ditentukan dengan F0 hingga F6; untuk !RADIATE, dengan R0 hingga R6. Karena keterkaitan antara nomor muka dan muka elemen aktual bergantung pada jenis elemen, lihat referensi masing-masing keyword untuk rincian.

Kondisi batas konveksi menentukan koefisien konveksi dan temperatur eksternal. Kondisi batas radiasi menentukan koefisien ekuivalen emisivitas dan temperatur lingkungan. AMP1 bersesuaian dengan sisi koefisien, dan AMP2 dengan sisi temperatur eksternal atau lingkungan, sehingga masing-masing dapat divariasikan terhadap waktu secara independen.

Fungsi Amplitudo

Fungsi amplitudo mendefinisikan variasi terhadap waktu dari kondisi batas atau beban menggunakan tabel waktu dan nilai. Pada input, tabel waktu bernama didefinisikan dengan !AMPLITUDE dan dirujuk oleh parameter AMP, AMP1, atau AMP2 pada keyword target.

Keyword utama yang dapat menerapkannya adalah sebagai berikut.

!AMPLITUDE dibaca dalam bentuk tabel (DEFINITION=TABULAR), dan tipe waktu diperlakukan sebagai waktu step (TIME=STEP). Nilai dapat didefinisikan sebagai nilai relatif atau absolut, tetapi pada keyword individual biasanya digunakan sebagai faktor yang mengalikan nilai dasar.

!TEMPERATURE tidak dikenai fungsi amplitudo. Selain itu, karena !SPRING tidak dirakit dengan variasi waktu independen dari konstanta pegas, pengaktifan dan penonaktifan tumpuan pegas dilakukan melalui kontrol step.

Lihat Juga