Développement et validation d'un nouveau critère de déformation progressive pour les REPs

Developpement and validation of a new methodology to assess ratcheting of PWR components

• Auteur / Autrice : Jean Macedo Alves de Lima
• Direction : Jean-Michel Bergheau, Eric Feulvarch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Ingénierie
• Date : Soutenance le 28/02/2023
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Michel Bergheau, Eric Feulvarch, Brigitte Bacroix
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Habibou Maitournam, Sylvain Calloch

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déformations (mécanique)

Mots clés libres

Déformation progressive

Méthode d’accélération

Critère

Thermomécanique

Chaboche

Expérimentale

Ratcheting

Accelerating methods

Design rules

Thermomechanical

Chaboche

Experimental

Résumé

Lors de la conception, la construction et l'exploitation d'un composant nucléaire, il est nécessaire d’assurer l’intégrité de celui-ci quelles que soient les conditions de fonctionnement, nominales ou accidentelles. Dans le cadre de la sûreté, la démonstration de la résistance des composants fondamentaux des circuits primaires et secondaires aux modes de ruine est une nécessité pour valider le dimensionnement de ces structures. Parmi les modes possibles de ruine figure le phénomène de déformation progressive. De manière générale, le dimensionnement en déformation progressive des composants de centrales nucléaires est réalisé par des méthodes simplifiées ou des analyses inélastiques complètes. D’un point de vue industriel, les deux types d’évaluation ne sont pas satisfaisantes car elles sont soit trop sévères soit trop complexes à mettre en œuvre. Dans ce contexte, ces travaux de thèse visent à développer un nouveau critère industriel et/ou une nouvelle méthodologie de calcul applicable sur des structures complexes. Le premier chapitre est consacré à l'étude bibliographique, notamment à l’étude du phénomène de déformation progressive. Le deuxième chapitre présente la modélisation du comportement des matériaux métalliques et les méthodes numériques pour simuler les calculs cycliques. Nous proposons une nouvelle méthode d'accélération des calculs cycliques afin de rendre la méthode d'intégration pas à pas plus rapide. Le troisième chapitre est consacré à la modélisation des essais COTHAA. Des modèles de comportement sont évalués afin de proposer un modèle capable de décrire la déformation progressive observée sur des structures. Les résultats prédits par une version simplifiée du modèle de Chaboche sont en bon accord avec les mesures expérimentales. Nous montrons également l'aptitude de la nouvelle méthode d'accélération à simuler ces essais. Le quatrième chapitre est dédié à l'étude expérimentale. Dans un premier temps, nous proposons un nouvel essai de déformation progressive : l'essai DEFPROG. Dans un second temps, nous validons le modèle proposé dans le troisième chapitre sur ces résultats expérimentaux. Le cinquième, et dernier chapitre, est consacré à la proposition de la nouvelle méthode pour se prémunir contre le risque de déformation progressive. Nous proposons et validons une nouvelle méthode simplifiée, tout en s'appuyant sur des résultats expérimentaux et des modélisations.

During the design, construction and operation of a nuclear component, it is necessary to ensure its integrity whatever the operating conditions : nominal or accidental. The demonstration of the components’ resistance of the primary and secondary circuits to failure modes is necessary in order to validate the design of these structures. Among the possible failure modes is the phenomenon of ratcheting. The ratcheting check of nuclear power plant structures is mainly investigated by means of simplified methods or a complete inelastic analysis. Nevertheless, these methods are either conservatives or complex to use and implement. In this context, the aim of this thesis is to develop a new industrial design rule and/or new calculation methodology that is applicable to complex structures.The first chapter is addressed to the state of the art, in particular to the ratcheting phenomenon. The second chapter presents the modeling of metallic materials and the numerical methods to simulate cyclic calculations. We propose a new method for accelerating cyclic calculations in order to make the step-by-step integration method faster.The third chapter is devoted to the modeling of COTHAA tests. Constitutive models are evaluated in order to propose a robust model capable of simulating ratcheting. Results predicted by a simplified version of Chaboche model are found in good agreement as compared to experimental measurements. We also show the ability of the new acceleration method to simulate these tests. The fourth chapter is dedicated to the experimental study. We propose a new structural ratcheting test: the DEFPROG test. Secondly, we validate the model proposed in the third chapter on these experimental results. The fifth and last chapter is devoted to the proposal of the new design rule to forecast the risk of ratcheting. We propose and validate a new simplified method, while relying on experimental results and modeling.