Assalamualaikum Wr. Wb.,
Selamat Pagi/Siang/Sore/Malam
Pada kesempatan kali ini saya ingin membahas proses dari verifikasi dan validasi dari sebuah engineering simulation melalui approach dari sisi komputasi teknik. Di era digital yang sudah berkembang ini sebuah penelitian tidak hanya dapat dilakukan dengan metode eksperimental saja, namun dapat juga dilakukan dengan metode numerikal atau simulasi dari engineering software.
PENDAHULUAN
Kita biasa melakukan analisa pembebanan secara mudah dengan menggunakan perangkat lunak seperti Ansys, Solidworks, ataupun COMSOL Multiphysics. Namun kemudian timbul pertanyaan “Apakah hasil simulasi yang kita dapatkan sudah tepat? Parameter yang digunakan sudah cocok?Dan apakah dapat menggambarkan dengan kondisi ril?”. Oleh karena itu saya akan membahas mengenai proses verifikasi dan validasi dari simulasi yang biasa dilakukan pada penelitian numerikal.
Sebelum itu saya akan mendefinisikan Verifikasi dan Validasi dengan sebuah pertanyaan sederhana seperti berikut:
Verification: apakah perhitungan simulasinya dilakukan dengan benar?โ Validation: apakah hasil simulasi itu benar-benar mewakili kondisi nyata?โ
VERIFIKASI
Pada tahap verifikasi, kita ingin memastikan bahwa model numerik yang dibuat sudah berjalan dengan benar. Salah satu cara paling sederhana adalah dengan membandingkan hasil simulasi dengan perhitungan teoritis atau analitik. Sebagai contoh, tegangan pada batang yang menerima gaya tarik dapat dihitung dengan:
ฯ = F / A
Apabila hasil perhitungan manual mendekati hasil simulasi, maka model tersebut memiliki indikasi sudah bekerja dengan baik.
Selain itu, proses verifikasi juga dapat dilakukan melalui mesh independence test. Pada simulasi, geometri dibagi menjadi bagian-bagian kecil yang disebut mesh. Ukuran mesh dapat mempengaruhi hasil simulasi.
Misalnya hasil tegangan yang diperoleh:
- Mesh kasar: 92 MPa
- Mesh sedang: 98 MPa
- Mesh halus: 99 MPa
Dapat dilihat bahwa hasil dari mesh sedang ke mesh halus hanya berubah sedikit. Hal ini menunjukkan bahwa hasil simulasi mulai stabil dan tidak terlalu bergantung terhadap ukuran mesh.
Pada simulasi yang bergantung terhadap waktu, hal yang sama juga dapat dilakukan terhadap nilai time step.
Hal lain yang perlu diperhatikan adalah solver convergence. Ketika solver sudah converge, artinya proses perhitungan numerik sudah mencapai solusi yang stabil. Namun perlu diingat bahwa solver yang converge belum tentu menunjukkan bahwa hasil simulasi sudah benar secara fisik.
Kesalahan pada material, boundary condition, ataupun parameter lainnya tetap dapat menghasilkan model yang salah.
VALIDASI
Setelah proses verifikasi dilakukan, selanjutnya adalah validasi.
Pada tahap ini kita membandingkan hasil simulasi dengan kondisi nyata, biasanya melalui data eksperimen.
Sebagai contoh:
Hasil simulasi = 2.1 mm
Hasil eksperimen = 2.0 mm
Maka selisih antara hasil simulasi dan eksperimen dapat dihitung menggunakan:
Error (%) = |Hasil Simulasi – Hasil Eksperimen| / Hasil Eksperimen x 100%
Dalam contoh tersebut, error yang diperoleh adalah sekitar 5%.
Namun nilai error yang dapat diterima tidak selalu sama untuk setiap penelitian. Hal ini bergantung pada tingkat ketelitian yang dibutuhkan serta ketidakpastian dari data eksperimen itu sendiri.
Validasi juga tidak harus selalu menggunakan eksperimen yang kita lakukan sendiri. Dalam beberapa penelitian, hasil simulasi dapat dibandingkan dengan data eksperimen dari jurnal atau penelitian sebelumnya yang terpercaya.
KESIMPULAN
Secara sederhana, proses simulasi dapat digambarkan sebagai:
Permasalahan nyata -> Model matematika -> Model numerik -> Verification -> Validation
Verifikasi digunakan untuk memastikan bahwa model numerik sudah dihitung dengan benar, sedangkan validasi digunakan untuk memastikan bahwa model tersebut cukup menggambarkan kondisi nyata.
Oleh karena itu, hasil simulasi tidak dapat langsung dianggap benar hanya karena software berhasil menghasilkan grafik, kontur, atau angka tertentu. Proses verifikasi dan validasi tetap diperlukan agar hasil simulasi dapat digunakan dengan lebih meyakinkan dalam penelitian maupun analisa engineering.
Ganang Adhitama
S2 Teknik Mesin
2606829613
