Msc. Visual Nastran 4D

Msc.visual Nastran 4D (vN4D) adalah software simulasi dinamik dari obyek 3D hasil drawing program CAD engineering dalam system operasi Windows sebagai produk dari MSc.Software. Program ini mampu memenuhi kebutuhan user mulai dari pelabelan file CAD dan mengedit visualisasi untuk keperluan presentasi sampai membangun model prototipe dan simulasi sesuai dengan kondisi kerja dari model.

vN4D merupakan kombinasi dari software simulasi gerak 3D dan analisa metode elemen hingga (Finite Element Analisys - FEA), dalam sebuah program. Kalkulasi beban secara otomatis ditransfer melalui kontak antara model dan tipe joint yang menentukan sifat hubungan antar body untuk menghasilkan simulasi tegangan yang lebih akurat. Untuk memudahkan transfer model 3D, vN4D telah memiliki koneksi pada program CAD terbaru juga transfer data dari standart format CAD seperti STEP, Parasolid, ACIS, IGES dan STL.

• Motion : Fasilitas motion dalam vN4D, di gunakan untuk membuat simulasi gerak dari model dasar dengan komponen seperti conveyors, bushing consraint dan masih banyak lagi. User juga dapat mengkonversi geometri dari obyek 3D sekaligus tipe constraint secara otomatis hasil assembly dari software CAD. Dengan dynamic simulation engine, hasil desain 3D dapat diuji dengan menerapkan kondisi nyata mekanika dalam simulasi komputer disamping itu juga disertai dengan fungsi analistis untuk pengukuran seperti grafik, tabel dan data masukan sebagai kontrol.

• Analisis Tegangan : Menyajikan simulasi tegangan, buckling atau vibrasi pada obyek solid dan kemampuan untuk melakukan analisa struktur, dengan metode Finite Element Analysis.

• Visualisasi : Memberikan akses pada hampir semua file CAD assembly. Manipulasi visualisasi, pengukuran dan modifikasi dimensi serta pengaturan hubungan antar body pada prototype tentu saja dalam kondisi ideal. Kemampuan untuk mengedit model CAD 3D dalam format file: Msc.NastranTM output (XDB), STL, SAT (ACIS), IGES, SLDASM, SLDPRT, Parasolid dan STEP.

Msc.visual Nastran 4D (vN4D) memiliki kemampuan penuh dalam menjalankan analisis simulasi dan memberikan kemudahan dalam kalkulasi variabel dinamis dari suatu sistem gerak melalui metode pendekatan numerik dengan akurasi yang dapat diatur sesuai dengan keinginan user serta memanfaatkan beberapa fasilitas pemodelan dan analisis berikut ini:

Pengukuran dan analisis :
Mengukur atau monitoring waktu, posisi, kecepatan, percepatan, momentum, orientasi sudut, kecepatan sudut, percepatan sudut, gaya, torsi, gesekan dan kontak permukaan dalam fungsi waktu dengan mudah user tinggal memasukkan persamaan untuk pengukuran yang dikehendaki kemudian tentukan sebagai fungsi apa pada absis dan buat skala grafik yang diinginkan.

Melakukan proses simulasi dan pengukuran dalam sistem satuan standart yang ada seperti SI, CGS, atau kombinasi, mengubah satuan setiap saat sesuai keinginan user, menggunakan data tabel yang independent sebagai kontrol simulasi.

Menambahkan “coord” sebagai titik fokus analisis pada obyek untuk melakukan pembacaan beberapa variabel sepert posisi, kecepatan, orientasi, kecepatan sudut ataupun percepatan sudut

Export Data :
Menyajikan data grafik kedalam bentuk besaran/nilai/angka atau teks yang dapat diproses pada program pengolah data seperti Microsoft Excel

Bushing Joints :
Tipe joint ini dapat menrepresentasikan secara akurat beberapa model sambungan seperti teta (rigid), revolute dan spherical joint. Sebuah bushing joint dapat berubah posisinya atau mengalami displacement dari kondisi awalnya selama proses simulasibergantung pada beban yang diaplikasikan dan parameter kondisi atau sifat bushing yang ditentukan oleh user

Conveyor dan kecepatan permukaan :
Pemodelan conveyor dapat dilakukan dengan memilih “conveyor belt body” dari pilihn geometry 3D yang disediakan vN4D. Menspesifikasikan kecepatan permukaan untuk semua model geometri (kecuali spheres/bola dan obyek 3D tipe ACIS yang tidak ber-segi). Kecepatan pemukaan memiliki harga (besaran) dan arahnya terhadap body yang mendefinisikangeometri tersebut sebagi belt conveyor.

Deteksi kontak antar body :
Kontak antar obyek ACIS didefinidiksn secara otomatis oleh vN4D yang dapat juga disesuaikan dengan keinnginan user untuk tingkat mahir sehinggga dihasilkan simulasi yang smooth, fasilitas ini sangan berguna untuk obyek yang memiliki permukaan berbentuk kurva ataupun busur lingkaran

Model kontak :
User dapat menentukan tipe respon gaya ketika dua body saling kontak dengan memilih properties obyek dan menspesifikasikan sifat kontak dari model

Penyajian data FEA :
Dengan fasilitas user reports dapat menyediakan informasi pembebanan yang cocok digunakan untuk program FEA pada umumnya. File ini berisi informasi tegangan untuk tiap frame (simulasi) dalam vN4D. Informasi ini juga dapat dikonversi menjadi format input file bagi Msc.Nastran

Analisis struktur :
Menjalankan proses simulasi tegangan, vibrasi atau buckling pada parts atau rangkaian subassemblies. Meshing secara otomatis atau adapted (h-adaptivity). Variasi joint/constraint dan solid part dapat dimasukkan dalam model sehingga anda dapat melakukan proses assembly berdasarkan analisis tegangan. Menampilkan angka keamanan untuk model

Tipe pembebanan :
Mendefinisikan tipe pembebanan yang diterima model seperti beban total, beban terdistribusi, tekanan, torsi dan beban terpusat dengan acuan world, body atau cord dengan orientasi koordinat Cartesian, cylindrical ataupun normal permukaan

Kontrol simulasi tegangan :
Kemampuan vN4D dalam menjalankan prosedur analisis simulasi tegangan disertai dengan fasilitas control yang lengkap untuk user selama simulasi sehingga dapat menperlancar dan menpermudah proses mendapatkan hasil simulasi serta menghemat waktu.

Simulasi gerak dan tegangan :
Untuk menjalankan simulasi gerak dan tegangan, pilih sebarang body dalam assembly sebagai part yang akan disertakan dalam analisis FEA menggunakan jendela properties. Kemudian jalankan prosedur simulasi tegangan untuk semua frame dalam simulasi gerak atau pilih frame secara spesifik dan jalankan prosedur analisa tegangan, vibrasi ataupun buckling

Percepatan body turut diperhitungkan dalam simulasi tegangan dan beban akan dihitung serta didistribusikan secara otomatis dalam kondisi dinamis

Optimasi prosedur analisis :
Metode perhitungan dalam analisa FEA dilakukan secara efisien ketika menjalankan proses simulasi gerak dan tegangan. Selama kondisi batas (boundary condition) seperti joint/constraint dan restraint pada body dalam assembly tidak berubah, vN4D tidak menjalankan prosedur FEA secara penuh hanya pada frame pertama saja dalam satu urutan prosedur simulasi gerak dan tegangan yang dilakukan bersamaan. Setelah itu anda akan melihat perbedaan yang dramatis dalam kecepatan penyelesaian perhitungan dan tampilan hasil dari program ini.

Format File :
Beberapa jenis format file yang dapat dibaca program ini diantaranya

adalah Msc.Nastran (.XDB), model ataupun assembly dalam format ACIS (.SAT), stereo lithography (.STL), IGES (.IGS), Parasolid (.x_t, .x_b), file .WM3, STEP(AP203), file .AVI dan file grafis seperti .TIF, .GIF, .BMP. Semua jenis format ini kecuali file .STL diimpor dan dikenali vN4D sebagai body ACIS, yang memungkinkan diaplikasikan analisa tegangan dan definisi kontak antar body secara otomatis

• Melihat model dalam visualisasi shaded (solid), wire-frame dan kinematic
• Mengatur Sudut pandang isometric dan perspective
• Pan, zoom rotate dan fly dari assembly dalam mendapatkan visuali sasi obyek yang dikehendaki
• Menjalankan ataupun melanjutkan hasil proses simulasi sebelumnya dari file .WM3 baik gerak atau FEA

Visualisasi File Output dari Msc.Nastran :
Buka file output Msc.Nastran (format .XDB) dari semua sumber/program, ini memungkinkan user untuk melihat hasil simulasi FEA, kemudian menambahkan body yang lain untuk menunju

kkan visualisasi assembly sebagai validasi dari model (hanya tampilan saja).

Annotasi dan Dimensi :
Keterangan dari masing-masing body dapat ditampilkan dengan mudah, bagian penting dari model, jarak ataupun posisinya dapat ditunjukkan dengan anotasi atau dimensi yang dikalkulasi secara otomatis Nilai dari dimensi ini dapat berubah secara real-time selama proses animasi berlangsung jika memang ada displacement/perpindahan dari body terhadap titik acuannya.

Pencahayaan dan kamera :
User juga dapat menenpatkan posisi spotlights (sumber cahaya) dimana saja dalam jendela dokumen (area model), mengontrol sudut kerucut cahaya, lebar sorotan dan lemah atau kuatnya cahaya. Tipe pencahayaan spotlight dan distant light dapat dikontrol baik warna, intensitas, arah dan dapat diprogram sesuai keinginan

Animasi :
Dengan menkombinasikan sifat fisik dari model dan pergerakan yang disimulasikan pada tiap frame animasi untuk mendapatkan rangkaian gerak yang mendekati kondisi aktual/nyata

Disampng itu vN4D juga dapat digunakan untuk mendapatkan animasi yang imajinatif sebagai contoh kita dapat membuat obyek berupa logo suatu perusahaan yang bergerak seperti terba

ng diudara atau membuat part-exploding dari engine untuk melihat bagaimana proses assembly dari tiap komponen. Begitu juga tampilan kamera dapat diubah untuk tiap frame sehingga diperoleh tampilan seperti film animasi dengan menkombinasikan fasilitas visual seperti pan, zoom dan sebagainya

Photorealistic rendering :
Render model untuk mendapatkan kualitas gambar dan video yang lebih realistis dengan memperhatikan sifat permukaan dari material yang diatur dalam jendela surface properties, juga dapat menggunakan file gambar/image seperti texture atau logo pada permukaan obyek, pengaturan cahaya dan gerak dari kamera langsung diterjemahkan dari vN4D disertai sifat pencahayaan yang lain seperti bayangan, pencerminan, pembiasan dari model secara otomatis akan ditampilkan. Simpan gambar render dalam fomat standart seperti .AVI untuk simulasi yang dianimasi

Simulasi :
Fasilitas simulasi didesain dengan memperhatikan faktor kecepatan dan keakuratannya. Kalkulasi atau perhitungan gerak dari interaksi antar body menggunakan metode numeric terkini. Program ini dapat digunakan untuk membuat suatu model system yang kompleks dan melakukan analisis gerak dalam beragam constraint atau gaya, begitu juga interaksi multi-body seperti kontak, gravitasi dan gaya luar

dapat diaplikasikan. Disamping itu user juga dapat menentukan sendiri segala aspek simulasi mulai rentang waktu tiap frame / time step (tetap atau berubah) sampai teknik metode numerik yang digunakan

Pemodelan Obyek :
Tiap body memiliki sifat fisik seperti massa, koefisien restitusi, koefisien gesek, moment inersia, posisi, dan kecepatan. Rotational constraint seperti rigid joints, revolute joints, spherical joints dan slot joints (rigid, revolute, spherical). Linear constraint seperti rods (batang), rope (tali), separators, springs (pegas) dan dampers (peredam). Forces (gaya), torques (torsi), actuators dan motors juga tersedia. Properties dari constraint ini dapat ditentukan oleh user berupa input angka ataupun persamaan.

Constraint :
Tempelkan “coord” (posisi titik koordinat) pada obyek, posisikan secara tepat kemudian rangkai dengan “coord” lain untuk membuat sambungan/joint, obyek akan terangkai dengan sendirinya. Langkah selanjutnya anda dapat membuat grafik posisi obyek pada layar atau gunakan variabel numerik sebagai masukan data untuk menspesifikkan parameter constraint secara tepat.

Deteksi kontak otomatis :
Model kontak disimulasikan secara otomatis seperti kontak pada gear, bagian permukaan conveyor, rekonstruksi kecelakaan dan model kontak yang lain Kontrol simulasi :

• User dapat mengatur tingkat error/akurasi dan animation step dengan memilih metode numerik Euler atau Kutta-Merson untuk time-stepping yang tetap atau berubah
• Buat persamaan sebagai kontrol parameter body, constraint dan gaya menggunakan bahasa matematis dengan variabel yang dikenali vN4D
• Jalankan simulasi dalam lingkungan ber-grafitasi dimana nilai serta arah dalam system koordinat global dapat diubah
• Gunakan tombol Reset (kembali ke posisi awal / initial-condition), back - next (satu langkah frame) atau pause sebarang waktu ketika simulasi sedang berlangsung. Menyimpan simulation histories dalam sebuah file
• Menyatukan pemodelan, simulasi dan analisis dalam satu area / lingkungan kerja simulasi

Fasilitas CAD integration:
Import CAD model langsung dari program gambar teknik seperti Mechanical desktop, Pro/ENGINEER, Solid Edge dan Solid work, update model apabila terjadi perubahan baik assembly ataupun body 3D dapat dilakukan dengan mudah

Fasilitas Simulink integration:
Kemampuan pemodelan dinamis dengan vN4D dilengkapi dengan fungsi kontrol yang terintegrasi didalam Simulink (fasilitas dalam program matlab), dimana vN4D untuk membuat model dinamis sedangkan simulink digunakan sebagai control dari system. vN4D dalam model simulink berupa block (vNPlant), yang dapat menjembatani antara system control dan model dinamis

Eksport format video :
Export atau konversi hasil simulasi, animasi dan render dalam format Video for Windows (.AVI)

Konsep dasar pemodelan vN4D

Dalam software ini akan banyak dijumpai istilah body, chord dan constraint yang merupakan komponen utama dalam pemodelan, oleh karena itu ada baiknya apabila kita pahami dulu mengenai konsep dari ketiga komponen tersebut sedangkan untuk bahasan lebih lanjut mengenai aplikasinya pada model akan dibahas pada bab-bab berikutnya

Secara umum vN4D mendefinisikan model sebagai rangkaian dari satu atau lebih body dimana sifat hubungan antar body ditentukan oleh constraint, dengan coord yang menghubungkan keduanya. Adapun pengertian body, constraint dan coord adalah sebagai berikut :

• Body - Obyek parasolid atau solid 3D yang dapat diidentifikasikan oleh vN4D sebagai benda kerja

• Constraint - Penentu sifat hubungan antar body atau body dengan world/background, terletak diantara dua buah coord

• Coord - Suatu titik dengan orientasi koordinat ruang (sumbu x, y, z) sebagai obyek dasar yang menjembatani body dengan constraint dimana perhitungan variabel terukur mengacu pada obyek ini

NB: Semua contoh simulasi di dalam pembahasan Vn4D terdapat dalam buku "Langkah demi langkah panduan simulasi dengan Msc. Visual Nastran 4D" dimana hardcopy masih menunggu penerbit yang berminat untuk mencetaknya.