Setelah model rangka berjalan, dosen meminta satu hal lagi: atapnya harus ikut dimodelkan. Beban hujan seharusnya jatuh ke atap lalu disalurkan ke rangka, bukan langsung dipasang di rangka. Syaratnya, rangka tetap dimodelkan sebagai beam 1D.
Dua pilihan pendekatan
Ada dua cara yang saya pertimbangkan. Cara pertama, atap tidak digambar dan bebannya diubah menjadi beban per meter di setiap busur. Cara kedua, atap dimodelkan sebagai permukaan tipis (shell) yang menempel di rangka.
Saya memilih cara kedua karena lebih sesuai dengan permintaan “atapnya ada”. Konsekuensinya, model menjadi gabungan elemen beam untuk rangka dan elemen shell untuk atap.
Membuat atap di SpaceClaim
Atap saya buat di SpaceClaim dengan tool Blend, yaitu membuat permukaan yang melewati beberapa kurva. Percobaan pertama memakai dua busur ujung saja. Permukaannya berhasil dibuat dengan radius 3900 mm, sama persis dengan hitungan di awal project.
Masalahnya, atap itu masih satu permukaan utuh. Saat saya jalankan fitur Share untuk menyambungkan atap ke rangka, hasilnya “no coincident topology”. Share hanya menyambungkan tepi yang berimpit dengan tepi, sedangkan garis busur hanya menempel di tengah permukaan.
Solusinya adalah Blend ulang melewati ke-17 busur secara berurutan dengan opsi Ruled segments. Hasilnya atap otomatis terbagi menjadi panel-panel di antara dua busur.
Busur yang “termakan”
Kendala berikutnya cukup lucu. Blend ternyata memakai garis busur sebagai tepi atap, sehingga beam busurnya hilang. Saat atap disembunyikan, yang tersisa hanya gording dan garis lurus.
Akalnya sederhana: sebelum Blend, ke-17 busur saya gandakan dengan copy-paste di posisi yang sama. Blend hanya memakan satu set salinannya, sementara set lainnya tetap menjadi beam. Setelah itu Share berhasil menyambungkan 48 tepi dan 51 titik, yaitu 17 busur ร 3 titik.
Setup di Mechanical
Di Mechanical, rangka dan atap terbaca sebagai satu multibody part, sehingga node-nya tersambung tanpa perlu contact. Atap diberi material polycarbonate dengan E = 2,3 GPa, ฮฝ = 0,37, dan ฯ = 1200 kg/mยณ. Beam busur hasil copy-paste sempat belum punya material, jadi saya isi Structural Steel secara manual.
Beban yang dipasang:
- Gravitasi: berat rangka dan atap dihitung otomatis dari densitas material.
- Hujan 20 kg/mยฒ: setara 196 Pa, dikali luas atap 3 m ร 16,5 m sehingga totalnya sekitar 9,7 kN. Ansys membagi total gaya ini ke 32 panel sesuai luasnya.
- Pekerja 100 kg (980 N): dipasang di rangka, karena lembaran polycarbonate sendiri tidak dirancang untuk menahan berat orang.
Error batas lisensi lagi
Mesh 23 mm menghasilkan 106.768 node, masih di bawah limit. Tapi saat Solve, muncul error bahwa ukuran masalah melewati batas lisensi. Penyebabnya, gaya hujan memakai Applied By: Surface Effect, yang menambahkan elemen bantu di seluruh permukaan atap.
Setelah saya ganti ke Direct dan ukuran mesh diperbesar, simulasi akhirnya selesai.
Hasil
Displacement maksimum yang didapat 2.763 mm, dan tegangan maksimum di rangka 0.7339 MPa.
Pelajaran dari tahap ini
Menggabungkan elemen beam dan shell ternyata lebih banyak urusan geometri daripada urusan simulasi. Kunci utamanya adalah memastikan atap dan rangka benar-benar tersambung, karena tanpa itu beban di atap tidak akan pernah sampai ke rangka.
