Lewati ke isi

Kontrol Langkah

Analisis struktur FrontISTR berlangsung dengan mengganti kondisi batas, beban, kontak, dan aktivasi elemen secara bertahap pada setiap langkah. Halaman ini menjelaskan rentang waktu, sublangkah, kriteria konvergensi, serta cara memilih antara inkremen tetap dan inkremen otomatis/cutback untuk setiap langkah.

Terminologi Waktu Analisis

Halaman ini membedakan waktu analisis menggunakan istilah berikut.

  • Waktu saat ini: Total waktu yang telah berlalu sejak awal analisis.
  • Waktu langkah: Waktu yang telah berlalu sejak awal langkah saat ini.
  • Rentang waktu: Waktu analisis yang dilalui dalam satu langkah.
  • Waktu relatif: Waktu langkah dibagi dengan rentang waktu. Nilainya 0 pada awal langkah dan 1 pada akhir langkah.
  • Inkremen waktu: Pertambahan dari waktu saat ini ke waktu berikutnya saat kesetimbangan diselesaikan.

Definisi istilah yang berkaitan dengan waktu analisis

Gambar 4.7.1 Definisi istilah yang berkaitan dengan waktu analisis

Ikhtisar Fitur

Kontrol langkah diatur berdasarkan aspek-aspek berikut.

Aspek Peran Spesifikasi Utama
Metode inkremen Menentukan apakah langkah maju dengan inkremen tetap atau inkremen waktu disesuaikan berdasarkan konvergensi !STEP
Tipe langkah Menentukan apakah langkah merupakan analisis statik atau analisis viskos yang mencakup viskoelastisitas atau creep (pengaturan terpisah dari tipe analisis pada !SOLUTION; hanya valid untuk analisis statik dan tidak dirujuk dalam analisis dinamik) !STEP
Kondisi yang diaktifkan Memilih grup kondisi batas, beban, kontak, dan aktivasi elemen untuk setiap langkah Baris data !STEP
Kriteria konvergensi Menyesuaikan kriteria seperti residu, pengali Lagrange, dan inkremen perpindahan untuk setiap langkah !STEP
Waktu keluaran Menentukan waktu ketika perhitungan dan keluaran harus dilakukan saat inkremen otomatis digunakan !TIME_POINTS dan !STEP

Untuk analisis statik, dapat dipilih inkremen tetap atau inkremen otomatis/cutback. Dalam analisis dinamik, kondisi juga dapat diganti menggunakan beberapa entri !STEP, dan disarankan untuk menentukan baik inkremen waktu tetap maupun rentang waktu langkah dengan !STEP. Pada !DYNAMIC, n_step dan t_delta diperlakukan sebagai nilai default ketika !STEP dihilangkan atau untuk kompatibilitas ke belakang. Inkremen otomatis/cutback dapat digunakan dengan metode implisit nonlinear. Kontrol waktu untuk analisis konduksi panas tidak ditangani oleh !STEP, melainkan oleh spesifikasi langkah waktu pada !HEAT.

Kondisi yang diaktifkan dalam suatu langkah ditentukan berdasarkan ID grup. Karena kondisi batas, beban, kontak, dan aktivasi elemen dapat diganti menurut langkah, pembebanan bertahap, penggantian kondisi kontak, serta analisis yang melibatkan urutan konstruksi dapat direpresentasikan dalam satu file kontrol analisis. Untuk pemilihan mode aktivasi/deaktivasi elemen, lihat Aktivasi/Deaktivasi Elemen.

Memilih Kontrol Langkah

Pilih metode inkremen berdasarkan nonlinieritas analisis dan waktu keluaran yang diperlukan.

  • Untuk analisis linear atau analisis yang selesai dalam satu langkah, penyesuaian terperinci terhadap kontrol inkremen sering kali tidak diperlukan.
  • Untuk analisis statik nonlinear yang beban dan responsnya berubah secara halus, inkremen tetap sering kali memadai. Jika konvergensi sulit dicapai, kurangi inkremen waktu.
  • Untuk analisis yang melibatkan mulai atau lepasnya kontak, perkembangan luluh, deformasi besar, atau perubahan mendadak pada nonlinieritas material, inkremen otomatis/cutback sebaiknya dipertimbangkan terlebih dahulu. Inkremen dapat diperbesar pada wilayah yang mudah konvergen dan diperkecil pada wilayah yang sulit konvergen.
  • Jika hasil diperlukan pada waktu tertentu saat menggunakan inkremen otomatis, gunakan daftar waktu keluaran bersamanya.

Sesuaikan kriteria konvergensi dengan mempertimbangkan keseimbangan antara stabilitas analisis dan waktu komputasi. Memperketat kriteria konvergensi meningkatkan akurasi kesetimbangan tetapi menambah jumlah iterasi. Dalam analisis yang melibatkan kontak atau pengali Lagrange, bukan hanya kriteria residu biasa, tetapi juga jumlah iterasi kontak dan kriteria pengali Lagrange memengaruhi jalannya perhitungan.

Kontrol Langkah untuk Analisis Statik

Analisis statik terdiri atas satu atau lebih langkah analisis. Iterasi antar-langkah disebut loop langkah, dan iterasi yang menyelesaikan satu langkah dengan membaginya menjadi inkremen waktu disebut loop sublangkah. Pada setiap sublangkah, kesetimbangan dihitung menggunakan faktor beban, kondisi batas, keadaan kontak, dan kondisi lain pada waktu yang ditentukan.

Dengan inkremen tetap, inkremen waktu di dalam langkah maju sebesar nilai yang ditentukan. Jika konvergensi gagal, analisis berhenti pada titik tersebut.

Dengan inkremen otomatis/cutback, nilai dasar inkremen waktu berikutnya dtime_base diperbarui berdasarkan status konvergensi sublangkah sebelumnya. Jika konvergensi gagal, keadaan yang telah disimpan sebelumnya dipulihkan dan rentang waktu yang sama dihitung ulang menggunakan inkremen waktu yang lebih kecil.

Alur kontrol inkremen

Gambar 4.7.2 Alur kontrol inkremen

Alur inkremen otomatis/cutback adalah sebagai berikut.

  1. Pada awal langkah, inkremen waktu awal digunakan sebagai dtime_base.
  2. Tentukan inkremen waktu aktual agar tidak melewati waktu akhir langkah atau waktu keluaran berikutnya.
  3. Hitung kesetimbangan pada waktu yang telah maju dari waktu saat ini sebesar inkremen waktu.
  4. Jika perhitungan konvergen, majukan waktu lalu naikkan atau turunkan dtime_base berikutnya berdasarkan status konvergensi.
  5. Jika perhitungan tidak konvergen, pulihkan keadaan, kurangi dtime_base menggunakan rasio pengurangan cutback, lalu hitung ulang.
  6. Ketika waktu saat ini mencapai waktu akhir langkah, akhiri langkah tersebut.

Keputusan untuk menaikkan atau menurunkan inkremen ditentukan dari status iterasi sublangkah sebelumnya. Tiga besaran representatif yang digunakan untuk keputusan ini adalah sebagai berikut.

Besaran Arti
N_max Jumlah maksimum iterasi metode Newton
N_sum Jumlah total iterasi metode Newton; sama dengan N_max jika tidak ada iterasi kontak
N_cont Jumlah iterasi kontak

Jika keadaan ketika salah satu dari N_max, N_sum, atau N_cont melampaui ambang sisi-penurunan berlanjut selama jumlah kejadian yang ditentukan, inkremen waktu dikurangi. Sebaliknya, jika keadaan ketika ketiganya tetap berada dalam ambang sisi-peningkatan berlanjut selama jumlah kejadian yang ditentukan, inkremen waktu dinaikkan. Saat dinaikkan, inkremen disesuaikan agar tidak melampaui batas atas.

Dengan inkremen otomatis/cutback, analisis berakhir sebagai gagal dalam kasus berikut.

  • Batas atas jumlah sublangkah tercapai sebelum waktu akhir langkah.
  • Nilai dasar inkremen waktu turun di bawah batas bawah inkremen waktu.
  • Batas atas cutback berturut-turut tercapai.

Contoh berikut mengaktifkan inkremen otomatis dan menetapkan inkremen waktu awal 0.01, rentang waktu langkah 2.5, batas bawah inkremen waktu 1E-5, batas atas inkremen waktu 0.3, dan maksimum 200 sublangkah. Set parameter inkremen otomatis AP1 dan daftar waktu keluaran TP1, yang berisi waktu total 1.5, 2.7, dan 3.9, ditetapkan ke langkah tersebut.

!AUTOINC_PARAM, NAME=AP1
0.25, 10, 50, 10, 1
1.25,  1,  1,  1, 2
0.25,  5
!TIME_POINTS, TIME=TOTAL, NAME=TP1
1.5
2.7
3.9
!STEP, INC_TYPE=AUTO, SUBSTEPS=200, AUTOINCPARAM=AP1, TIMEPOINTS=TP1
0.01, 2.5, 1E-5, 0.3

Untuk format masukan dan nilai default setiap parameter, lihat !STEP, !AUTOINC_PARAM, dan !TIME_POINTS.

Kontrol Langkah untuk Analisis Dinamik

Untuk integrasi waktu langsung dalam analisis dinamik, tentukan metode solusi dan parameter integrasi waktu dengan !DYNAMIC, serta tentukan langkah analisis, grup kondisi batas dan beban, dan metode inkremen dengan !STEP. Jika !STEP dihilangkan, analisis diperlakukan sebagai analisis satu langkah dengan semua kondisi batas dan beban aktif.

Dengan inkremen tetap, pada baris kedua !STEP tentukan DTIME, ETIME untuk mengontrol inkremen waktu dan rentang waktu langkah untuk setiap langkah. Dengan mendefinisikan beberapa entri !STEP, grup kondisi batas dan beban yang aktif dapat diganti menurut langkah. Pada !DYNAMIC, t_delta dan n_step diperlakukan sebagai nilai default untuk masukan satu langkah lama ketika !STEP dihilangkan dan untuk kompatibilitas ke belakang. Untuk masukan baru, disarankan untuk menentukan kondisi waktu secara eksplisit dengan !STEP meskipun inkremen tetap digunakan.

Saat menggunakan inkremen otomatis, tentukan !STEP, INC_TYPE=AUTO dan berikan inkremen waktu awal, rentang waktu langkah, batas bawah inkremen waktu, dan batas atas inkremen waktu pada baris data !STEP. Dengan metode implisit nonlinear, inkremen waktu dinaikkan atau diturunkan berdasarkan keadaan iterasi Newton dan iterasi kontak; jika konvergensi gagal, keadaan sebelumnya dipulihkan dan perhitungan diulang dengan inkremen waktu yang lebih kecil.

Pada !STEP, TYPE (STATIC/VISCO) adalah sakelar ketergantungan material terhadap waktu untuk langkah tersebut dan hanya valid untuk analisis statik. Nilai ini tidak dirujuk dalam analisis dinamik, yang selalu memperlakukan inkremen waktu sebagai waktu aktual; oleh karena itu, penentuan TYPE milik !STEP dalam analisis dinamik tidak berpengaruh.

Metode integrasi waktu dan koefisien seperti pada metode Newmark-β ditentukan dengan !DYNAMIC. Untuk format masukan, lihat !DYNAMIC dan !STEP.

Kontrol Langkah untuk Analisis Konduksi Panas

Langkah waktu untuk analisis konduksi panas ditentukan dengan !HEAT. !HEAT menentukan sekumpulan nilai yang mencakup langkah waktu, waktu akhir, langkah waktu minimum, perubahan temperatur maksimum, jumlah iterasi, dan kriteria konvergensi.

Kontrol waktu untuk analisis konduksi panas bekerja melalui mekanisme yang terpisah dari !STEP, INC_TYPE=AUTO untuk analisis statik struktur. Oleh karena itu, ketika menyesuaikan langkah waktu dalam analisis konduksi panas, jangan gunakan !STEP; gunakan spesifikasi !HEAT. Untuk format masukan, lihat !HEAT.

Menentukan Waktu Keluaran

Karena inkremen waktu berubah sesuai dengan konvergensi saat inkremen otomatis digunakan, waktu ketika hasil dikeluarkan mungkin tidak diketahui sebelumnya. !TIME_POINTS adalah daftar waktu yang digunakan untuk menyesuaikan inkremen waktu agar kesetimbangan selalu dihitung dan hasil dapat dikeluarkan pada waktu yang ditentukan.

Daftar waktu dapat ditentukan baik sebagai waktu total sejak awal analisis maupun sebagai waktu langkah sejak awal langkah. Gunakan waktu total ketika menentukan waktu yang sama di beberapa langkah, dan gunakan waktu langkah ketika menentukan posisi keluaran relatif yang sama untuk setiap langkah.

Untuk setiap langkah, daftar waktu yang akan digunakan dirujuk dari !STEP. Ketika digunakan bersama inkremen otomatis, inkremen waktu dipersingkat agar tidak melewati waktu keluaran berikutnya atau waktu akhir langkah. Untuk format masukan, lihat !TIME_POINTS.

Topik Terkait