Approche thermomécanique du phénomène d'interaction pastille-gaine dans un crayon combustible

= Thermomechanical approach of pellet-cladding interaction phenomenon of fuel rods

• Auteur / Autrice : Hongyue Yang
• Direction : Jean-François Jullien
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LBS – Laboratoire des Bétons et Structures (Lyon, INSA1969-1997)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Fissuration

Combustibles nucléaires -- Gaines

Combustibles

Résumé

Cette étude vise à analyser le comportement thermomécanique des crayons combustibles, éléments constitués d'empilements de pastilles d'oxyde d'uranium insérées dans des gaines de protection en zircaloy. Elle concerne plus particulièrement la conception d'un dispositif expérimental original permettant de simuler les interactions entre pastille et gaine (IPG) au cours d'une réaction nucléaire, sans prendre en compte les effets dus à l'irradiation et aux transformations chimiques. Elle se limite au cas bidimensionnel dans l'hypothèse d'un état plan de contraintes. Sont analysées les concentrations de contraintes expérimentalement et numériquement, pour divers effets : les effets dus aux fissures présentes dans la pastille (fissuration successive à la première montée en puissance), l'effet de l'échauffement de la pastille, 1' effet du refroidissement et de la mise en pression par l'eau en peau externe de la gaine, l'effet du jeu entre pastille et gaine ainsi que celui du cyclage des efforts consécutifs à plusieurs montées et baisses en puissance. La comparaison des résultats expérimentaux et numériques; pour un cas particulier, permet d'établir une meilleure compréhension des phénomènes intervenant dans l'IPG et valide la modélisation des éléments finis définissant l'interface pastille-gaine. Une approche purement qualitative est réalisée au préalable dans le domaine élastique afin de déterminer l'ordre de grandeur des concentrations de contraintes au droit des lèvres des fissures suivant le nombre de fissures et la taille du jeu.

The objective of this study is to investing ate the thermo-mechanical behaviour of a fuel rod which is composed of a tube containing cylindrical uranium dioxide fuel pellets. A lot of work has been particularly devoted to the design and the set up of an original experimental device which allows the simulation of the pellet-cladding mechanical interaction during the uprating of water pressurised reactors. The mode) is a two-dimensional plane stress one which has not taken the effects of irradiation and chemical transformation into account. Both experimental and numerical analyses on the cladding stresses concentration have been carried out. Different effects have been studied including the presence of cracks in the pellets, the coefficient of friction between pellet-cladding, the initial gap at the pellet-cladding interface, the cladding external pressure and the variation of power, The comparison of experimental and numerical results, for a particular case, enables a better understanding of pellet-cladding mechanical interaction et demonstrates that the modelisation of the joint element used in the pellet-cladding interface is appropriate. It should be pointed out that a simple elastic approach had been carried out before the thermoplastic experiment was done, aiming at analysing the stress concentrations due to the presence of cracks in the pellet.