Proses Simulasi Dengan Software Berbasiskan FEM

Proses desain yang baik selalu berhubungan dengan beberapa ilmu yang saling berkaitan terutama dalam bidang teknik mesin. Terkadang pengetahuan CAD saja tidak cukup dan harus mengetahui CAE maupun CAM. Ketiga ilmu inilah yang sering dilibatkan dalam proses desain. Jika teman-teman reader sudah menguasai salah satu tiga ilmu tersebut, maka jangan puas dulu, saya sarankan kembangkan lagi ilmunya dengan dua ilmu yang lainnya. Nah pada postingan kali ini, saya akan membahas sekilas proseur dasar pengoperasian software berbasiskan FEM.

FEM atau sering disebut dengan Finite Element Method merupakan suatu metode pendekatan matematis yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan di bidang engineering. Sekilas saya jelaskan seperti ini saja agar mempunyai gambaran sekilas tentang FEM itu sendiri, untuk lebih jelasnya bisa kunjungi postingan saya sebelumnya. Sedangkan software berbasiskan FEM tergolong dalam CAE (Computer Aided Engineering) atau ada yang menyebut CAA (Computer Aided Analysis). Nah, sudah mulai jelas bahwa software ini memang dikhususkan untuk membantu dalam proses analisa. Perlu diingat, prosedur-prosedur yang dijelaskan hanya khusus untuk software berbasiskan FEM. Adapun prosedur-prosedur globalnya sebagai berikut:

1. Pre-Processing

Pre-processing merupakan langkah awal yang harus kita lakukan sebelum melakukan simulasi. Langkah awal ini menentukan keberhasilan proses simulasi yang akan dikerjakan. Oleh sebab itu perlu kecermatan dalam langkah pre-processing. Adapun hal-hal yang perlu dilakukan dalam langkah ini yaitu:

• Mendefinisikan permasalahan: kita sebagai penganalisa harus mengetahui detail dari permasalahn yang akan kita modelkan dalam proses simulasi. Misalkan dalam analisa kekuatan struktur jembatan. Kita harus mengetahui detail dari bentuk, dimensi, jenis material, dan profil struktur. Selain itu kita juga harus mengetahui lokasi dan arah pembebanan maupun lokasi dan jenis tumpuan-tumpuan.
• Propertis Material: propertis material ini meliputi besaran/nilai dari sifat-sifat mekanik maupun fisik yang dimiliki oleh suatu material seperti, densitas, modulus elastisitas, poison’s ratio, tegangan maksimal/ultimate dan tegangan yield/lulus. Bahkan ada yang menambahkan konduktivitas thermalnya, tetapi harus tetap disesuaikan saja dengan jenis analisa dan permasalahan. Perlu diingat bahwa semua data yang dimasukan selama proses merupakan “asumsi” karena bukan material sesungguhnya. Oleh sebab itu keakuratan data input sangat menentukan keakuratan hasil simulasi.
• Pemodelan Geometri: pemodelan geometri ini tidak harus menggunakan bentuk 3D dimensi atau 2D, jika memungkinkan cukup menggunakan model 1D saja, di mana struktur 3D dimensi hanya diwakili oleh struktur garis. Semakin sederhana pemodelan kita, maka semakin cepat hasil yang kita dapatkan, tapi keakuratan hasil harus tetap diutamakan.
• Pemodelan Elemen: elemen merupakan bagian dari struktur sebelum dilakukan proses simulasi. Dengan kata lain, keberadaan elemen wajib ada agar didapatkan hasil. Beberapa software FEM tidak mengharuskan membuat geometri terlebih dahulu untuk membuat elemen. Perlu diingat yaitu, besar kecil ukuran elemen akan menentukan keakuratan hasil simulasi. Perlu cermat dalam pengaturan ukuran elemen ini.
• Boundary condition/Kondisi batas: kodisi batas sangat berhubungan erat dengan tumpuan dan pembebanan. Oleh sebab itu harus dikenali jenis-jenis tumpuan (roll, pin, fixed) dan sifat-sifatnya agar tidak salah dalam pengaturan di proses simulasi. Selain itu, arah dan lokasi pembebanan juga perlu diperhatikan.

Nah itulah 5 hal yang harus diperhatikan dalam pre-processing. lima hal tersebut akan menentukan keberhasilan proses simulasi. Perlu diingat bahwa permasalahan yang diangkat merupakan permasalahan struktur, untuk permasalahan perpindahan panas atau aliran fluida secara umum prosesnya sama, hanya istilah-istilahnya saja yang berbeda. Misalnya kata “tumpuan” pada permasalahan thermal dapat berupa “ambient temeperature” atau pada permasalahn fluida dapat berupa “dinding pembatas/wall“atau “tekanan output“.

2. Solution

Solving ini merupakan proses perhitungan/penyelsaian matematis terhadap model yang telah kita atur sebelumnya. Pada umumnya, pendekatan matematis yang digunakan menggunakan proses interpolasi. Akan tetapi perlu diteliti kembali, mengingat software berbasiskan FEM bermacam-macam.

3. Post-Processing

Post-processing merupakan langkah akhir dalam proses simulasi. Beramacam-macam variabel hasil simulasi dapat dilihat pada proses ini, akan tetapi yang perlu diingat adalah variabel terpenting saja yang perlu ditampilkan sesuai dengan kebutuhan analisa.

Nah itulah tiga (3) global proses simulasi dengan menggunakan bantuan software berbasiskan FEM. Semoga bermanfaat untuk kita semua.