12
Tugas Analisis Struktur II – Kevin Nathaniel / 15012109 SOAL 1 Gunakan program MSA.m untuk untuk menghitung distribusi gaya dalam (geser dan momen). Lalu, hitung momen serta perpindahan maksimum pada masing-masing bentang pada problem berikut. SOAL 2 Lakukan modifikasi pada program MSA.m untuk menyelesaikan problem dengan beda suhu pada permukaan balok berikut. Lalu, tentukan/gambar distribusi gaya dalam (geser dan momen) dan hitung momen serta perpindahan maksimum pada masing-masing bentang. SOAL 3 Lakukan modifikasi pada program MSA.m untuk menyelesaikan problem beban termal pada rangka batang. Lalu, tentukan perpindahan, gaya batang dan reaksi perletakan dan hitung gayaserta perpindahan maksimum yang terjadi.

PDF

Embed Size (px)

DESCRIPTION

khkjh

Citation preview

  • Tugas Analisis Struktur II Kevin Nathaniel / 15012109

    SOAL 1

    Gunakan program MSA.m untuk untuk menghitung distribusi gaya dalam (geser dan momen).

    Lalu, hitung momen serta perpindahan maksimum pada masing-masing bentang pada problem

    berikut.

    SOAL 2

    Lakukan modifikasi pada program MSA.m untuk menyelesaikan problem dengan beda suhu pada

    permukaan balok berikut. Lalu, tentukan/gambar distribusi gaya dalam (geser dan momen) dan

    hitung momen serta perpindahan maksimum pada masing-masing bentang.

    SOAL 3

    Lakukan modifikasi pada program MSA.m untuk menyelesaikan problem beban termal pada

    rangka batang. Lalu, tentukan perpindahan, gaya batang dan reaksi perletakan dan hitung gayaserta

    perpindahan maksimum yang terjadi.

  • Tugas Analisis Struktur II Kevin Nathaniel / 15012109

    (Anda akan diminta mendemostrasikan bahwa modifikasi program bekerja!)

  • Tugas Analisis Struktur II Kevin Nathaniel / 15012109

    Jawaban Soal 1 - Tugas 2

    Berikut ditampilkan input data beam untuk soal 1 dengan program Matlab :

    DataBeam.m

    function D=DataBeam

    % Units: KN & m

    m=3;n=4;

    Coord=[0 0;4 0;6 -3;7 (-3-tan(0.389*pi))];Coord(:,3)=0;

    Con=[1 2 1 1;2 3 1 1;4 3 1 0];

    Re=ones(n,6);Re(:,[1,2,6])=[1 1 1;0 0 0;0 0 0;1 1 0];

    Load=zeros(n,6);Load(:,[1,2,6])=[0 0 0;-50 0 -80;0 0 0;0 0 0];

    w=[0 -20 0;0 0 0;0 0 0];

    E=[200000000 200000000 200000000];

    nu=0.3;G=E/(2*(1+nu));

    A=[0.06 0.06 1000];

    Iz=ones(1,m)*0.0004;

    Iy=ones(1,m)*0.0004;

    J=ones(1,m)*1;

    St=zeros(n,6);

    be=zeros(1,m);

    D=struct('m',m,'n',n,'Coord',Coord','Con',Con','Re',Re','Load',Load','w',w','E',E','G',G','A',A','Iz',Iz','Iy',Iy','J',

    J','St',St','be',be');

    Clc

    Berikut ditampilkan modifikasi program MSA pada Matlab :

    MSA.m

    function [Q,V,R]=MSA(D)

    m=D.m;n=D.n;Ni=zeros(12,12,m);S=zeros(6*n);Pf=S(:,1);Q=zeros(12,m);Qfi=Q;Ei=Q;

    for i=1:m

    H=D.Con(:,i);C=D.Coord(:,H(2))-D.Coord(:,H(1));e=[6*H(1)-5:6*H(1),6*H(2)-5:6*H(2)];c=D.be(i);

    [a,b,L]=cart2sph(C(1),C(3),C(2));ca=cos(a);sa=sin(a);cb=cos(b);sb=sin(b);cc=cos(c);sc=sin(c);

    r=[1 0 0;0 cc sc;0 -sc cc]*[cb sb 0;-sb cb 0;0 0 1]*[ca 0 sa;0 1 0;-sa 0 ca];T=kron(eye(4),r);

    x=D.A(i)/L;g=D.G(i)*D.J(i)/(D.E(i)*L);ez=D.E(i)*D.Iz(i)/(D.A(i)*D.G(i));ey=D.E(i)*D.Iy(i)/(D.A(i)*D.G

    (i));

    z=D.Iz(i)/(L*(L^2/12+ez))*[1 L/2 (L^2/3+ez) (L^2/6-ez)];

    y=D.Iy(i)/(L*(L^2/12+ey))*[1 L/2 (L^2/3+ey) (L^2/6-ey)];

    K1=diag([x,z(1),y(1)]);K2=[0 0 0;0 0 z(2);0 -y(2) 0];K3=diag([g,y(3),z(3)]);K4=diag([-g,y(4),z(4)]);

    K=D.E(i)*[K1 K2 -K1 K2;K2' K3 -K2' K4;-K1 -K2 K1 -K2;K2' K4 -K2' K3];

    w=D.w(:,i)';Qf=-L^2/12*[6*w/L 0 -w(3) w(2) 6*w/L 0 w(3) -w(2)]';Qfs=K*T*D.St(e)';

    A=diag([0 -0.5 -0.5]);B(2,3)=1.5/L;B(3,2)=-1.5/L;W=diag([1,0,0]);Z=zeros(3);M=eye(12);p=4:6;q=10:12;

    switch 2*H(3)+H(4)

    case 0;B=2*B/3;M(:,[p,q])=[-B -B;W Z;B B;Z W];case 1;M(:,p)=[-B;W;B;A];case 2;M(:,q)=[-B;A;B;W];

    end

    K=M*K;Ni(:,:,i)=K*T;S(e,e)=S(e,e)+T'*Ni(:,:,i);Qfi(:,i)=M*Qf;Pf(e)=Pf(e)+T'*M*(Qf+Qfs);Ei(:,i)=e;

    end

    V=1-(D.Re|D.St);f=find(V);V(f)=S(f,f)\(D.Load(f)-Pf(f));R=reshape(S*V(:)+Pf,6,n);R(f)=0;V=V+D.St;

    for i=1:m

    Q(:,i)=Ni(:,:,i)*V(Ei(:,i))+Qfi(:,i);

    end

    clc

  • Tugas Analisis Struktur II Kevin Nathaniel / 15012109

    Berikut adalah output yang dihasilkan dari program tersebut :

    Tabel Internal Forces

    Tabel Defleksi

    Elemen 1 Elemen 2 Elemen 3

    Fx beginning 65.95341 45.35912 46.68942

    Fy beginning 36.12072 -11.0658 -2.22E-15

    Fz beginning 0 0 2.74E-22

    Mx beginning 0 0 -1.04E-12

    My beginning 0 0 -8.01E-22

    Mz beginning 24.58457 -39.8983 -8.88E-16

    Fx end -65.9534 -45.3591 -46.6894

    Fy end 43.87928 11.06581 2.22E-15

    Fz end 0 0 -2.74E-22

    Mx end 0 0 1.04E-12

    My end 0 0 0

    Mz end -40.1017 0 0

    Support 1 Support 2 Support 3 Support 4

    Dx 0 -2.20E-05 0.000917 0

    Dy 0 -0.00031 0.000333 0

    Dz 0 0 0 0

    Rx 0 0 0 0

    Ry 0 0 0 0

    Rz 0 -0.00028 0.000615 -0.00033

  • Tugas Analisis Struktur II Kevin Nathaniel / 15012109

    Tabel Reaksi Perletakan

    Tabel Output Gaya Dalam

    Support 1 Support 2 Support 3 Support 4

    Fx support 65.95341 0 0 -15.9534

    Fy support 36.12072 0 0 43.87928

    Fz support 0 0 -1.95E-15 1.95E-15

    Mx support 0 0 -3.57E-13 3.57E-13

    My support 0 0 9.81E-13 -9.81E-13

    Mz support 24.58457 0 0 0

  • Tugas Analisis Struktur II Kevin Nathaniel / 15012109

    Jawaban Soal 2 Tugas 2

    Berikut ditampilkan input data beam untuk soal 1 dengan program Matlab :

    DataBeam.m

    function D=DataBeam

    m=2;n=3;

    Coord=[0 0;4 0;8 0];Coord(:,3)=0;

    Con=[1 2 1 1;2 3 1 1];

    Re=ones(n,6);Re(:,[1,2,6])=[1 1 1;0 0 0;1 1 1];

    Load=zeros(n,6);

    w=zeros(m,3);

    E=[400000000 200000000];

    nu=0.30;

    G=E/(2*(1+nu));

    A=ones(1,m)*0.02;

    Iz=ones(1,m)*50e-6;

    Iy=ones(1,m)*50e-6;

    J=ones(1,m)*1000;

    St=zeros(n,6);

    be=zeros(1,m);

    TTop=[40 0];

    TBot=[25 0];

    Tr=28;

    Diameter=[0.182 0];

    Alpha=12e-6;

    D=struct('Diameter',Diameter','Tr',Tr,'TBot',TBot','TTop',TTop','Alpha',Alpha,'m',m,'n',n,'Coord',Coord','Co

    n',Con','Re'Re','Load',Load','w',w','E',E','G',G','A',A','Iz',Iz','Iy',Iy','J',J','St',St','be',be');

    Clc

    Berikut ditampilkan modifikasi program MSA pada Matlab :

    MSA.m function [Q,V,R]=MSA(D)

    m=D.m;

    n=D.n;

    Ni=zeros(12,12,m);

    S=zeros(6*n);

    Pf=S(:,1);

    Q=zeros(12,m);

    Qfi=Q;

    Ei=Q;

    for i=1:m

    H=D.Con(:,i);

    C=D.Coord(:,H(2))-D.Coord(:,H(1));

    e=[6*H(1)-5:6*H(1),6*H(2)-5:6*H(2)];

    c=D.be(i);

    [a,b,L]=cart2sph(C(1),C(3),C(2));

    ca=cos(a);sa=sin(a);cb=cos(b);sb=sin(b);cc=cos(c);sc=sin(c);

    r=[1 0 0;0 cc sc;0 -sc cc]*[cb sb 0;-sb cb 0;0 0 1]*[ca 0 sa;0 1 0;-sa 0 ca];

    T=kron(eye(4),r);

    co=2*L*[6/L 3 2*L L];

    x=D.A(i)*L^2;

    y=D.Iy(i)*co;

    z=D.Iz(i)*co;

    g=D.G(i)*D.J(i)*L^2/D.E(i);

    K1=diag([x,z(1),y(1)]);

  • Tugas Analisis Struktur II Kevin Nathaniel / 15012109

    K2=[0 0 0;0 0 z(2);0 -y(2) 0];

    K3=diag([g,y(3),z(3)]);

    K4=diag([-g,y(4),z(4)]);

    K=D.E(i)/L^3*[K1 K2 -K1 K2;K2' K3 -K2' K4;-K1 -K2 K1 -K2;K2' K4 -K2' K3];

    w=D.w(:,i)';

    Qf=-L^2/12*[6*w/L 0 -w(3) w(2) 6*w/L 0 w(3) -w(2)]';

    Mt=(D.E(i,1)*D.Iz(i,1)*D.Alpha*(D.TTop(i,1)-D.TBot(i,1))/D.Diameter(i,1));

    Pt=(D.E(i,1)*D.A(i,1)*D.Alpha*((0.5*(D.TTop(i,1)+D.TBot(i,1)))-D.Tr));

    Pft=zeros(1,m);

    Mft=zeros(1,m);

    Pft(1,1)=Pt;

    Mft(1,1)=Mt;

    Qft=[Pft(1,i) 0 0 0 0 -Mft(1,i) -Pft(1,i) 0 0 0 0 Mft(1,i)]';

    Qfs=K*T*D.St(e)';

    A=diag([0 -0.5 -0.5]);

    B(2,3)=1.5/L;B(3,2)=-1.5/L;

    W=diag([1,0,0]);

    Z=zeros(3);

    M=eye(12);

    p=4:6;

    q=10:12;

    switch 2*H(3)+H(4)

    case 0;B=2*B/3;M(:,[p,q])=[-B -B;W Z;B B;Z W];case 1;M(:,p)=[-B;W;B;A];case 2;M(:,q)=[-B;A;B;W];end

    K=M*K;Ni(:,:,i)=K*T;S(e,e)=S(e,e)+T'*Ni(:,:,i);

    Qfi(:,i)=M*(Qf+Qfs+Qft);

    Pf(e)=Pf(e)+T'*M*(Qf+Qfs+Qft);

    Ei(:,i)=e; end

    V=1-(D.Re|D.St);f=find(V);V(f)=S(f,f)\(D.Load(f)-Pf(f));R=reshape(S*V(:)+Pf,6,n);R(f)=0;V=V+D.St;

    for i=1:m

    Q(:,i)=Ni(:,:,i)*V(Ei(:,i))+Qfi(:,i); end

  • Tugas Analisis Struktur II Kevin Nathaniel / 15012109

    Berikut adalah output yang dihasilkan dari program tersebut :

    Tabel Internal Forces

    Tabel Defleksi

    Tabel Reaksi Perletakan

    Elemen 1 Elemen 2

    Fx beginning 144 144

    Fy beginning -3.5964 -3.5964

    Fz beginning 0 0

    Mx beginning 0 0

    My beginning 0 0

    Mz beginning -23.3766 -8.99101

    Fx end -144 -144

    Fy end 3.596404 3.596404

    Fz end 0 0

    Mx end 0 0

    My end 0 0

    Mz end 8.991009 -5.39461

    Support 1 Support 2 Support 3

    Dx 0 0.000144 0

    Dy 0 -0.00048 0

    Dz 0 0 0

    Rx 0 0 0

    Ry 0 0 0

    Rz 0 -0.00072 0

    Support 1 Support 2 Support 3

    Fx support 144 0 -144

    Fy support -3.5964 0 3.596404

    Fz support 0 0 0

    Mx support 0 0 0

    My support 0 0 0

    Mz support -23.3766 0 -5.39461

  • Tugas Analisis Struktur II Kevin Nathaniel / 15012109

    Tabel Output Gaya Dalam

  • Tugas Analisis Struktur II Kevin Nathaniel / 15012109

    Jawaban Soal 2 Tugas 3

    Berikut ditampilkan input data truss untuk soal 1 dengan program Matlab :

    DataF2D.m

    function D=DataF2D

    % Satuan: kN & m - Beban Thermal

    m=3;n=4;

    Coord=[0 0;4 0;4 3;0 3];

    Coord(:,3)=0;

    Con=[1 3 1 0;2 3 1 0;3 4 0 1];

    Re=ones(n,6);

    Re(:,[1,2,6])=[1 1 0;1 1 0;0 0 0;1 1 0];

    Load=zeros(n,6);Load(:,[1,2,6])=[0 0 0;0 0 0;-4 -8 0;0 0 0];

    w=zeros(m,3);

    E=ones(1,m)*200000000;

    nu=0.3;G=E/(2*(1+nu));

    A=[4e-5 4e-5 4e-5];

    Iz=ones(1,m)*0.0004;

    Iy=ones(1,m)*0.0004;

    J=ones(1,m)*1000;

    St=zeros(n,6);

    St(1,2)=-0.0025;

    be=zeros(1,m);

    T1=zeros(1,m);T1(1,1)=48; %T1 pada member 1

    T2=zeros(1,m);T2(1,1)=48; % T2 pada member 1

    d=ones(1,m);d(1,1)=1; % d pada member 1

    Tr=28; % suhu ruangan

    alfa=12e-6; % koefisien muai material

    D=struct('Tr',Tr,'d',d','T2',T2','T1',T1','alfa',alfa,'m',m,'n',n,'Coord',Coord','Con',Con','Re',Re','Load',Load',

    'w',w','E',E','G',G','A',A','Iz',Iz','Iy',Iy','J',J','St',St','be',be');

    Berikut ditampilkan modifikasi program MSA pada Matlab :

    MSA.m function [Q,V,R]=MSA(D)

    m=D.m;

    n=D.n;

    Ni=zeros(12,12,m);

    S=zeros(6*n);

    Pf=S(:,1);

    Q=zeros(12,m);

    Qfi=Q;

    Ei=Q;

    for i=1:m

    H=D.Con(:,i);

    C=D.Coord(:,H(2))-D.Coord(:,H(1));

    e=[6*H(1)-5:6*H(1),6*H(2)-5:6*H(2)];

    c=D.be(i);

    [a,b,L]=cart2sph(C(1),C(3),C(2));

    ca=cos(a);sa=sin(a);cb=cos(b);sb=sin(b);cc=cos(c);sc=sin(c);

    r=[1 0 0;0 cc sc;0 -sc cc]*[cb sb 0;-sb cb 0;0 0 1]*[ca 0 sa;0 1 0;-sa 0 ca];

    T=kron(eye(4),r);

    co=2*L*[6/L 3 2*L L];

    x=D.A(i)*L^2;

    y=D.Iy(i)*co;

    z=D.Iz(i)*co;

    g=D.G(i)*D.J(i)*L^2/D.E(i);

  • Tugas Analisis Struktur II Kevin Nathaniel / 15012109

    K1=diag([x,z(1),y(1)]);

    K2=[0 0 0;0 0 z(2);0 -y(2) 0];

    K3=diag([g,y(3),z(3)]);

    K4=diag([-g,y(4),z(4)]);

    K=D.E(i)/L^3*[K1 K2 -K1 K2;K2' K3 -K2' K4;-K1 -K2 K1 -K2;K2' K4 -K2' K3];

    w=D.w(:,i)';

    Qf=-L^2/12*[6*w/L 0 -w(3) w(2) 6*w/L 0 w(3) -w(2)]';

    Mt=(D.E(i,1)*D.Iz(i,1)*D.Alpha*(D.TTop(i,1)-D.TBot(i,1))/D.Diameter(i,1));

    Pt=(D.E(i,1)*D.A(i,1)*D.Alpha*((0.5*(D.TTop(i,1)+D.TBot(i,1)))-D.Tr));

    Pft=zeros(1,m);

    Mft=zeros(1,m);

    Pft(1,1)=Pt;

    Mft(1,1)=Mt;

    Qft=[Pft(1,i) 0 0 0 0 -Mft(1,i) -Pft(1,i) 0 0 0 0 Mft(1,i)]';

    Qfs=K*T*D.St(e)';

    A=diag([0 -0.5 -0.5]);

    B(2,3)=1.5/L;B(3,2)=-1.5/L;

    W=diag([1,0,0]);

    Z=zeros(3);

    M=eye(12);

    p=4:6;

    q=10:12;

    switch 2*H(3)+H(4)

    case 0;B=2*B/3;M(:,[p,q])=[-B -B;W Z;B B;Z W];case 1;M(:,p)=[-B;W;B;A];case 2;M(:,q)=[-B;A;B;W];end

    K=M*K;Ni(:,:,i)=K*T;S(e,e)=S(e,e)+T'*Ni(:,:,i);

    Qfi(:,i)=M*(Qf+Qfs+Qft);

    Pf(e)=Pf(e)+T'*M*(Qf+Qfs+Qft);

    Ei(:,i)=e; end

    V=1-(D.Re|D.St);f=find(V);V(f)=S(f,f)\(D.Load(f)-Pf(f));R=reshape(S*V(:)+Pf,6,n);R(f)=0;V=V+D.St;

    for i=1:m

    Q(:,i)=Ni(:,:,i)*V(Ei(:,i))+Qfi(:,i); end

  • Tugas Analisis Struktur II Kevin Nathaniel / 15012109

    Berikut adalah output yang ditampilkan dari program tersebut :

    Tabel Internal Forces and Moments

    Tabel Defleksi

    Tabel Reaksi Perletakan

    Elemen 1 Elemen 2 Elemen 3

    Fx beginning 0.47037 6.277778 1.703704

    Fy beginning -3.84 3.93E-16 1.78E-15

    Fz beginning 0 0 3.91E-16

    Mx beginning 0 0 8.11E-10

    My beginning 0 0 0

    Mz beginning -19.2 2.91E-16 0

    Fx end -0.47037 -6.27778 -1.7037

    Fy end 3.84 -3.93E-16 -1.78E-15

    Fz end 0 0 -3.91E-16

    Mx end 0 0 -8.11E-10

    My end 0 0 -1.56E-15

    Mz end 0 0 0

    Support 1 Support 2 Support 3 Support 4

    Dx 0 0 -0.00085 0

    Dy -0.0025 0 -0.00235 0

    Dz 0 0 0 0

    Rx 0 0 0 0

    Ry 0 0 0 0

    Rz 0.000126 0.000284 -0.00024 -0.00059

    Support 1 Support 2 Support 3 Support 4

    Fx support 2.296296 -8.76E-18 0 1.703704

    Fy support 1.722222 6.277778 0 -1.78E-15

    Fz support 0 0 -1.83E-16 1.83E-16

    Mx support 0 0 -8.11E-10 8.11E-10

    My support 0 0 0 -1.56E-15

    Mz support 0 0 0 0