Analisisa struktur menggunakan metode numerik, atau Finite Element Analysis (FEA) biasa dilakukan setelah engineer membuat detail model 3D dari struktur menggunakan software Computer Aided Design (CAD), baik berupa pelengkap dari software CAD itu sendiri (CAD-Embedded-FEA) ataupun software lain yang memang sudah didedikasikan untuk aplikasi tersebut (dedicated FEA). Dalam artikel ini kita akan mengulas secara praktikal di lapangan bagaimana perbedaan kedua software tersebut.
CAD-Embedded-FEA versus dedicated FEA
CAD-Embedded-FEA memang secara umum lebih terkenal oleh engineer, terutama yang masih pada proses belajar FEA atau engineer profesional yang sudah lama menggunakan software CAD namun sesekali menggunakan analisis struktur, hal ini dikarenakan software CAD jauh lebih banyak digunakan dibandingkan dengan software FEA, karena memang kebutuhan di industri secara umum untuk CAD jauh lebih lazim; kemudian, harga software CAD-Embedded-FEA (secara umum) relatif jauh lebih murah dibandingkan dengan dedicated FEA; terakhir, software CAD karena memang berfokus di permodelan, maka user-interface nya relatif lebih mudah dan familiar bagi penggunanya. Itulah beberapa alasan mengapa CAD-Embedded-FEA lebih mudah dikenalkan di market dan pada akhirnya jadi lebih banyak digunakan secara umum.
Akurasi software FEA
Secara akurasi, untuk kasus yang sama-sama sederhana, dengan setup yang sama, akurasi dari software CAD-Embedded-FEA ataupun dedicated FEA bisa dikatakan sama saja, karena solver yang digunakan dan kualitas mesh relatif tidak terlalu berbeda juga. Namun, ketika sudah berbicara untuk analisis dengan geometri yang kompleks, terhadap interaksi berbagai material, kontak, dan assembly yang besar, akurasi dari software dedicated FEA dapat menjadi jauh lebih baik dibanding dengan CAD-Embedded-FEA, hal ini diakibatkan bukan karena akurasi dari solvern CAD-Embedded-FEA yang rendah, namun karena dalam proses permodelanya, banyak sekali simplifikasi yang harus dilakukan pada untuk mendapatkan waktu pengerjaan yang feasible.
Permodelan pada Dedicated-FEA Software
Bicara lebih dalam tentang feasibilitas waktu dan resource komputasi pada simulasi FEA, tidak terlepas pada proses permodelan yang dilakukan. Pada software dedicated-FEA, banyak sekali fitur-fitur detail yang tidak dimiliki oleh CAD-Embedded-FEA, seperti permodelan 1D element, beam element, shell element, yang dapat menghasilkan jumlah elemen yang jauh lebih sedikit dibandingkan solving full 3D element model. Selain itu, proses seperti definisi kontak yang pada beberapa software CAD-Embedded-FEA yang harus dilakukan satu persatu dapat diselesaikan secara otomatis dengan software dedicated FEA; meskipun terdengar sederhana, pada praktiknya, definisi kontak dan pekerjaan sejenisnya yang dilakukan secara manual membutuhkan waktu hingga beberapa hari untuk model dengan banyak part, dibandingkan dengan hitungan jam dengan proses otomatis.
Definisi kontak secara otomatis pada dedicated FEA Software
Penggunaan 1D element untuk memodelkan kabel
Berikut adalah ilustrasi benchmark permodelan simulasi pada pressure vessel dengan full 3D element dibandingkan dengan shell (2D element):
Model pressure vessel shell element (kiri), dan 3D element (kanan)
Pada contoh kasus benchmark sederhana di atas, ukuran mesh dibuat sama, yaitu 50 mm. Proses pembuatan mesh pada model shell element (2D) hanya memerlukan sekitar 5 detik, sedangkan untuk 3D element membutuhkan 90 detik. sekitar 18x lebih lama! Bayangkan untuk kasus yang lebih detail lagi!. Kemudian, proses running sampai menghasilkan data simulasi pada model shell element (2D) adalah selama 49 detik, sedangkan pada 3D element sekitar 11 menit!, sebuah perbedaan yang sangat signifikan.
Hal inilah yang melandasi para design engineer menyederhanakan atau memperbesar ukuran mesh pada software CAD-Embedded-FEA agar menjadikan simulasi menjadi feasible pada assembly besar real-world application, sehingga pada akhirnya mengorbankan akurasi.
Analisis FEA pada aplikasi dunia nyata sering kali melibatkan assembly besar
Kapabilitas Advanced FEA
Untuk analisis statik struktur biasa, perbedaan CAD-Embedded-FEA dan dedicated-FEA mungkin hanya di feasibilitas resource komputasinya, sedangkan untuk analisis yang lebih advanced misalkan analisis non-linear (kontak, deformasi besar, dan material non-linear), analisis impak (explicit dynamics), advanced fatigue analysis, fluid-structure interaction, rotor-dynamics, dan lain-lain, penggunaan software CAD-Embedded-FEA sama sekali tidak dapat menyelesaikanya, atau mungkin bisa sampai taraf tertentu dengan asumsi-asumsi seperti quasy-transient yang banyak mengorbakan akurasinya.
Simulasi non-linear buckling yang hanya bisa dilakukan dengan dedicated FEA
Analisis fatigue dengan mempertimbangkan data detail historis dan efek beban inersia dari dinamika sistem pada dedicated FEA
Kesimpulan
Meskipun banyak sekali keunggulan dari software dedicated FEA, namun dari segi harga dan juga familiaritas user-interface dari CAD-Embedded-FEA menjadikanya lebih populer di industri, sehingga pada akhirnya pilihan penggunaan keduanya sangat tergantung dengan kebutuhan engineer; untuk kebutuhan sehari-hari yang sederhakan, CAD-Embedded-FEA sudah mencukupi, sedangkan untuk penggunaan dengan akurasi yang jauh lebih baik, lebih serius, dan anaisis advanced lainya, pengugnaan dedicated FEA menjadi pilihan yang obvious.
PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!