FEM (Finite Element Method) pada Tower

"FEM adalah suatu metoda yang secara keseluruhan didasari atas pendekatan dengan menggunakan analisa numerik.  Dalam metoda ini, struktur yang akan dianalisa, didiskritisasi menjadi elemen-elemen yang kecil (elemen hingga) yang satu sama lainnya dihubungkan dengan titik nodal (titik diskrit).  Elemen hingga tersebut yang pada umumnya berbentuk sederhana dibandingkan struktur sebenarnya dan mempunyai ukuran yang berhingga, harus mewakili sifat-sifat dari struktur sebenarnya.  Karena setiap elemen hingga mempunyai beberapa variabel yang tidak diketahui sesuai dengan sifat struktur sebenarnya, sedang strukturnya sendiri merupakan gabungan dari beberapa elemen hingga, sehingga mempunyai jumlah variabel yang tidak diketahui yang cukup banyak, maka untuk menganalisanya diperlukan komputer sebagai alat bantu proses perhitungan.
FEM merupakan pengembangan dari analisa dengan metode matrix."

Tanya - sugeng_walj@yahoo.com

Dear All,

Mohon penjelasan dari rekan2 tentang hal2 berikut:
1. Dalam struktur tower, pemodelan orientasi momen inersia penampang  batang  menurut saya adalah sembarang. Alasannya karena batang hanya  didesain menerima beban tekan atau tarik, bukan bending. Bagaimana  menurut rekan2?
2. Dalam beberapa paper tentang analisis FEM pada tower, belum saya  temukan analisis getaran. Apa hal tersebut tidak significant atau  sudah dimasukkan ke dalam factor safety? Saya belum pernah buka AISC,  jadi mohon penjelasan dari rekan2 jika hal tersebut memang sudah ada  aturannya.

terima kasih banyak


Tanggapan 1 - ERisuda@mcdermott


Dear Pak Sugeng,

1. Untuk struktur tower memang bisa dibilang jika memakai sambungan bolt, maka tower tsb akan berperilaku sebagai truss. Sehingga gaya2 dalam yg muncul dan perlu diperhatikan hanyalah gaya axial. Meskipun demikian, perlu dikaji dengan riset2 yang lebih dalam lagi karena sambungan bolt yang digunakan tidak 100% menghilangkan bending yang terjadi pada member2nya.

Dalam hal orientasi penampang harus diperhatikan pada saat pemodelan, terutama untuk penampang2 yg tidak simetris.

Namun untuk struktur tower sangat jarang menggunakan penampang yg tidak simetris, hampir semuanya menggunakan equal angle atau tubular section. Jadi pada saat pemodelan, orientasi penampang bisa kita abaikan.

2. FEM disini = Finite Element Method ? Korelasinya dimana ya dengan proses design tower ? Demikian juga analisis getaran, apakah ini maksudnya analisis akibat dynamic loads (misal akibat angin dan gempa) atau akibat machinery vibration ?

Pada dasarnya untuk mendesign tower (baik untuk Electrical Transmission Line maupun Telecommunication Tower) kita hanya perlu meninjau dynamic loads yaitu akibat angin (govern) dan gempa (yg kecil sekali pengaruhnya). Itupun kita konversikan dulu menjadi beban statis. Jadi tidak ada tahapan 'analisis getaran' dalam proses mendesign tower.

Untuk standard yang lebih spesifik, silakan anda merefer ke ASCE Manual 74.


Tanggapan 2 - Kajuputra.Elpianto@Halliburton

Rekan2 Migas,

Bila bicara tentang FEM, lantas kita akan langsung membayangkan suatu analisa tegangan solid element, seperti, shell atau pelat baik tipis maupun tebal. Padahal FEM itu bukan monopoly solid element semata....design truss pun termasuk dalam FEM....yang menggunakan elemen paling sederhana dari FEM, yaitu batang dengan 1 element dan 2 node.

Coba diingat2 lagi waktu dulu kita pertama kali belajar FEM....bukankah kita mulai dengan struktur truss?

Keunggulan dari FEM adalah karena dapat digunakan alat bantu software / program atau menggunakan numerical approach.

Kalo kita harus melakukan analisa FEM seperti waktu kuliah dulu (manual), mungkin tidak ada orang yang mau menggunakan metoda itu karena terlalu rumit. Jadi kesimpulannya...setiap kali kita menggunakan program struktur yang berbasis FEM....seperti ETABS, SAP, Sanspro, dll...biarpun sederhana strukturnya...kita tetap melakukan FEM.


Tanggapan 3 - ERisuda@mcdermott


Theoretically memang betul seperti itu.

Tp dalam tataran praktis, dari semua report design tower yg pernah saya baca, belum pernah saya temukan kalimat misal : Dari hasil analisis FEM pada tower abc, dengan menggunakan software xyz didapatkan hasil ....

Dalam tataran praktis kosakata 'analisis FEM' cenderung digunakan ketika kita mendesign struktur yg memiliki bentuk shell atau solid, misalnya Struktur Spar, Kapal atau Pesawat.


Tanggapan 4 - errolt@technip

Rekan-rekan Migas yth.,

Ikut nimbrung masalah finite element method (FEM).  FEM adalah suatu metoda yang secara keseluruhan didasari atas pendekatan dengan menggunakan analisa numerik.  Dalam metoda ini, struktur yang akan dianalisa, didiskritisasi menjadi elemen-elemen yang kecil (elemen hingga) yang satu sama lainnya dihubungkan dengan titik nodal (titik diskrit).  Elemen hingga tersebut yang pada umumnya berbentuk sederhana dibandingkan struktur sebenarnya dan mempunyai ukuran yang berhingga, harus mewakili sifat-sifat dari struktur sebenarnya.  Karena setiap elemen hingga mempunyai beberapa variabel yang tidak diketahui sesuai dengan sifat struktur sebenarnya, sedang strukturnya sendiri merupakan gabungan dari beberapa elemen hingga, sehingga mempunyai jumlah variabel yang tidak diketahui yang cukup banyak, maka untuk menganalisanya diperlukan komputer sebagai alat bantu proses perhitungan.
FEM merupakan pengembangan dari analisa dengan metode matrix.  Kelebihan dari FEM dibandingkan metode matrix adalah gaya-gaya dalam maupun tegangan didalam elemen/member bisa langsung didapat (kalau programnya mempunyai fasilitas tsb.) karena penurunan persamaannya jika menggunakan prinsip direct stiffness biasanya menggunakan persamaan polinomial (yang mana persamaan ini tergantung tipe elemennya yaitu high order element atau low order element), sedangkan pada metode matrix gaya-gaya dalam maupun  tegangan yang didapat hanyalah dititik nodalnya saja.

Hampir sebagian besar software-software komersial untuk analisa struktur  meng-claim bahwa metoda yang digunakan adalah FEM baik untuk elemen 1 dimensi ( seperti truss elemen, beam elemen), elemen 2 dimensi (seperti plane stress, plane strain, plate bending elemen) maupun elemen 3 dimensi (seperti shell elemen, solid elemen).


Tanggapan 5 - sugeng_walj


2. Kalau di design tidak ada menyebutkan analisis dg FEM pada tower  saya kurang tahu. Tapi sepengetahuan saya, selama pengujian skala  penuh tidak dapat dilakukan maka harus dilakukan pemodelan dan  simulasi. Tujuannya tentu untuk mendapatkan data2 kuantitatif (bukan  hanya kualitatif). Karena hanya data kuantitatif yg bisa  dipertanggungjawabkan dan dibuktikan.



Tanggapan 6 - ERisuda@mcdermott

Full scale load test diperlukan as per client requirement, sebagai design validation. Biasanya test ini hanya untuk Transmission Line Tower. Meskipun dilakukan test tsb, pemodelan dan simulasi tetap diperlukan untuk membandingkan hasilnya.

Untuk tower yg tidak ditest dgn full scale, seperti
Telecommunication/Broadcasting Tower, tentu saja harus dilakukan sebelumnya pemodelan dan analisis untuk melihat perilakunya. Tp tetap saja analisis yg dilakukan hanyalah 'analisis struktur biasa' tidak se-complicated 'analisis dgn FEM' seperti ketika kita mendesign struktur Spar misalnya.


Tanggapan 7 - sugeng_walj

Dear Pak Eris

Mohon penjelasan yg dimaksud dengan "analisis struktur biasa".
Sebab sepengetahuan saya analisis cuma ada 3 macam :analitik (Hukum  Newton II), numerik (FEM,FDM,BCM), dan eksperimen.

Analisis secara analitik pada tower tentunya akan melibatkan kasus  statik tak tentu. Dan sepengetahuan saya hal ini butuh "very-very  longhand solution"(atau sudah ada program komputernya?)

Atau mungkin ada analisis analitik model lain yg digunakan. Mohon  penjelasan.

terima kasih sebelumnya.


Tanggapan 8 - ERisuda@mcdermott

Pak Sugeng,

Mohon maaf, mungkin istilah saya kurang tepat.

Intinya sih yang ingin saya sampaikan, bahwa proses mendesign tower itu tidak beda dengan jika kita mendesign bangunan/jembatan rangka baja dsb. (struktur2 yg tidak berbentuk shell/solid)

Saya juga pernah denger, dulu thn 70-an (mungkin hingga tahun 80-an) analisis tower memang dilakukan dgn hand calculation (karena belum ada softwarenya) dan tentu karena strukturnya statis tak tentu dan cukup rumit, proses perhitungannya membutuhkan waktu yg sangat lama.

Namun sejak tahun 90-an saya kira sudah banyak software khusus untuk menganalisis tower (baik utk menganalisis Telecommunication maupun Transmission Line Tower). Salah satu software yang saya tahu dan mempunyai kemampuan tsb adalah Microstran.



Tanggapan 9 - yudha_maulana

Dear Bp. Sugeng
Kalo menurut saya lebih baik Bp. pake program struktur saja seperti StaadPro atau SAP2000 Nonlinear Cuma bedanya kalo program tersebut tidak ada check code untuk TIA/EIA atau ASCE No.52. kalo mau yang ada check codenya pake aja MSTower atau Microstran. Jadi kalo pake program StaadPro untuk check code harus hitung manual. tapi lebih enak loch pa' kalo pake StaadPro atau Sap2000 ada seninya. Oh ya tambahan untuk program tersebut untuk mendapatkan Rangka Ruang (Space Truss) Kekauannya harus dirubah, sehingga tidak timbul momen pada struktur tersebut.

No comments:

Post a Comment