Model Matematik

download Model Matematik

of 48

  • date post

    30-Oct-2015
  • Category

    Documents

  • view

    151
  • download

    0

Embed Size (px)

description

metode-metode numerik

Transcript of Model Matematik

  • MMOODDEELL MMAATTEEMMAATTIIKKAA

    oleh Ir. Djoko Luknanto, M.Sc., Ph.D.

    Februari 2003

    Bahan kuliah Hidraulika Komputasi Jurusan Teknik Sipil FT UGM

    Yogyakarta

  • Bahan Kuliah Laboratorium Hidraulika, JTS FT UGM

    PRAKATA

    Buku ini disusun dengan tujuan memberikan pengenalan terhadap model

    matematik; terutama model matematik numeris dengan metode diferensi hingga. Pada bab pertama dibahas mengenai pengertian model secara umum untuk

    kemudian pembaca diarahkan kepada model matematik numeris diferensi hingga.

    Pada bab kedua disajikan jenis-jenis persamaan diferensial, persamaan beda hingga serta skema-skema diferensi hingga yang banyak dijumpai pada bidang hidraulika.

    Pada bab ketiga dijelaskan persamaan dasar dan persamaan kerja dari aliran tak tunak untuk saluran/sungai tunggal atau jaringan saluran/sungai.

    Untuk terbitan pertama ini pada bulan Februari 1993, bahan yang tercantum dalam buku ini ditujukan untuk pemberian dasar-dasar model matematik numeris kepada peserta kursus singkat Pengembangan Daerah Rawa. Kursus ini diselenggarakan oleh PAU Ilmu Teknik, UGM. Lama kursus singkat seluruhnya adalah 40 jam, sedangkan bahan yang tercantum dalam buku ini akan diberikan selama 4 jam.

    D:\

    My

    Doc

    umen

    ts\P

    ublik

    asi\

    Mod

    el M

    atem

    atik

    a\M

    odel

    Mat

    emat

    ik.d

    oc (7

    52Kb

    )

    Dalam terbitan kedua dan selanjutnya, buku ini digunakan untuk mengajar dasar-dasar Hidraulika Komputasi pada Program Pascasarjana Reguler dan MPBA (Magister Pengelolaan Bencana Alam) di Jurusan Teknik Sipil FT UGM.

    Penyusun berharap agar bahan kursus ini berguna. Kritik membangun selalu diharapkan.

    Yogyakarta, Februari 2003 Penyusun

    Djoko Luknanto

    Model Matematika Numerik hal. ii

  • Bahan Kuliah Laboratorium Hidraulika, JTS FT UGM

    DAFTAR ISI

    halaman

    HALAMAN JUDUL ............................................................................................................ i PRAKATA............................................................................................................................ii DAFTAR ISI ........................................................................................................................iii PENDAHULUAN............................................................................................................... 2

    Pengertian Model ...................................................................................................... 2 Model kecepatan aliran saluran terbuka ...................................................... 2 Model angkutan limbah.................................................................................. 3 Model penelusuran waduk (reservoir routing) ........................................ 3 Model aliran tak tunak (unsteady flow) pada saluran terbuka .............. 3

    a. Persamaan kontinuitas....................................................................... 3 b. Persamaan momentum...................................................................... 3

    Penyelesaian Analitis ................................................................................................ 4 Penyelesaian Numeris .............................................................................................. 5

    D:\

    My

    Doc

    umen

    ts\P

    ublik

    asi\

    Mod

    el M

    atem

    atik

    a\M

    odel

    Mat

    emat

    ik.d

    oc (7

    52Kb

    )

    PERSAMAAN DIFERENSIAL.......................................................................................... 7 Bentuk-bentuk Persamaan Diferensial................................................................... 7 Metoda Karakteristik ................................................................................................ 8 Konservasi massa aliran saluran terbuka .............................................................. 9 Konservasi momentum aliran saluran terbuka .................................................. 11 Diskritisasi Keadaan Alam..................................................................................... 15 Skema-skema Diferensi Hingga ............................................................................ 17

    Deret Taylor .................................................................................................... 17 Skema Maju..................................................................................................... 17 Skema Mundur............................................................................................... 18 Skema Tengah................................................................................................. 19 Skema Loncat-Katak (Leap-frog)................................................................. 20 Skema DuFort-Frankel .................................................................................. 21 Skema Crank-Nicolson.................................................................................. 21 Skema Empat Titik Preissmann ................................................................... 22 Faktor Bobot Waktu dan Ruang .................................................................. 22

    Skema Eksplisit ..................................................................................... 23

    Model Matematika Numerik hal. iii

  • Bahan Kuliah Laboratorium Hidraulika, JTS FT UGM

    Skema Implisit....................................................................................... 23 ALIRAN TAK TUNAK PADA SUNGAI ...................................................................... 25

    Cara non-iterasi Preissmann.................................................................................. 25 Skema Empat Titik Preissmann............................................................................. 25 Persamaan kerja beda hingga ................................................................................ 26

    Persamaan kontinuitas .................................................................................. 26 Persamaan momentum ................................................................................. 27

    SUNGAI TUNGGAL........................................................................................................ 31 Metode Sapuan-Ganda......................................................................................... 31 Kondisi Awal ........................................................................................................... 32 Kondisi Batas............................................................................................................ 34

    JARINGAN SUNGAI ....................................................................................................... 35 Nodal Continuity..................................................................................................... 35 River-flow dynamics............................................................................................... 37

    Governing Equation: Momentum ............................................................... 37 Governing Equation: Continuity ................................................................. 37 Working Equation.......................................................................................... 37 The Double Sweep Method .......................................................................... 38

    Forward Sweep ..................................................................................... 38 Derivation of Equation (I-1) ............................................................... 40

    D:\

    My

    Doc

    umen

    ts\P

    ublik

    asi\

    Mod

    el M

    atem

    atik

    a\M

    odel

    Mat

    emat

    ik.d

    oc (7

    52Kb

    )

    Derivation of Equation (I-2) ................................................................ 41 Return Sweep to calculate discharge correction........................................ 42

    DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................ 44

    Model Matematika Numerik hal. iv

  • Bahan Kuliah Laboratorium Hidraulika, JTS FT UGM

    PENDAHULUAN

    Pengertian Model

    Secara umum pengertian model adalah suatu usaha untuk menciptakan suatu replika/tiruan dari suatu fenomena/peristiwa alam. Ada tiga jenis model yaitu model fisik, model analogi dan model matematik.

    Pada model fisik replika/tiruan tersebut dilaksanakan dengan menirukan domain/ruang/daerah dimana fenomena/peristiwa alam itu terjadi. Tiruan domain ini dapat lebih besar atau lebih kecil dibandingkan dengan domain aslinya di lapangan/alam. Kecocokan dari model ini tergantung dari dari seberapa mungkin kesebangunan (geometris, kinematis, dan dinamis) di alam dapat ditirukan dalam model. Contoh: model bendung, model bangunan pelimpah, model karburator.

    Pada model analogi replika/tiruan tersebut dilaksanakan dengan menganalogikan fenomena/peristiwa alam dengan fenomena/peristiwa alam yang lain untuk kemudian dibuat model fisiknya. Contoh: peristiwa aliran air tanah di bawah bendung ditirukan dengan model yang menggunakan arus listrik.

    D:\

    My

    Doc

    umen

    ts\P

    ublik

    asi\

    Mod

    el M

    atem

    atik

    a\M

    odel

    Mat

    emat

    ik.d

    oc (7

    52Kb

    )

    Pada model matematik replika/tiruan tersebut dilaksanakan dengan mendiskripsikan fenomena/peristiwa alam dengan satu set persamaan. Kecocokan model terhadap fenomena/peristiwa alamnya tergantung dari ketepatan formulasi pe