Etude de la réponse dynamique du Bloc Réacteur soumis à une sollicitation extrême : Co-simulation implicite/explicite multi-échelle en temps pour la dynamique du contact

Time multi-scale co-simulation method applied to reactor block under extreme loading

• Auteur / Autrice : Yvan Le Nôtre
• Direction : Anthony Gravouil, Michael Brun
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 07/09/2023
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Membre de : Université de Lyon (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (Lyon, INSA ; 2007-....) - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures [Villeurbanne] / LaMCoS
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : MIMESIS - Mécanique Multiéchelle pour les solides
• Jury : Président / Présidente : Thouraya N. Baranger
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anthony Gravouil, Michael Brun, Thouraya N. Baranger, Pierre Pegon, Régis Cottereau, Clément Grenat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Pegon, Régis Cottereau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Centrales nucléaires

Mécanique

Mots clés libres

Mécanique

Bloc réacteur

Intégrateur temporel hétérogène asynchrone

Co-Simulation

Séisme

Contact

Code Aster

Code Europlexus

Conservation d'énergie

Méthode multi-Échelles en temps

Dynamique du contact

Discrétisation temporelle

Modèle tridimensionnel

Mechanics

Reactor block

Asynchronous heterogeneous temporal integrator

Co-Simulation

Earthquake

Co

Aster code

Europlexus code

Energy conservation

Multi-Scale methods

Contact dynamics

Temporal discretization

Three-Dimensional model

Résumé

Les centrales nucléaires sont une source de production d'énergie importante en France. Cependant, suite aux différents accidents et aux risques encourus avec cette technologie, la sûreté nucléaire est une préoccupation mondiale. En France, des normes sont imposées continuellement sur les installations nucléaires existantes et sur les prochaines générations en développement. Parmi les nombreux aspects de la sûreté nucléaire, le dimensionnement des structures mécaniques est un sujet important pour les acteurs industriels. L'activité principale de l'entreprise Framatome concerne le dimensionnement et la justification des centrales nucléaires. Celles-ci doivent être conçues pour résister à des conditions extrêmes d'utilisation telles que des séismes, des crashs d'avion ou encore des ruptures de tuyauterie. La modélisation numérique de ce type de chargement passe par des analyses dynamiques temporelles afin de considérer ces phénomènes multi-échelles en temps. Cependant, réaliser ces analyses demande beaucoup de temps CPU et de mémoire. L'objectif de la thèse est le développement d'un nouvel intégrateur hétérogène (différents schémas d'intégration) asynchrone (différents pas de temps), basé sur la méthode de couplage GC, ayant de meilleures propriétés relatives à la conservation énergétique. En effet, les phénomènes multi-échelles en temps présents dans le bloc réacteur sont des cas d'usages favorables aux méthodes multi-échelles en temps, avec un intégrateur explicite pour les zones de contact, comportant une discrétisation temporelle fine, et un intégrateur implicite pour le reste de la structure, discrétisé par des pas de temps plus gros. Un démonstrateur de co-simulation est développé entre les logiciels Code Aster et Europlexus pour se rapprocher d'un développement industriel et ainsi montrer le gain de performance, pour un modèle tridimensionnel de bloc réacteur, apporté par les approches de co-simulation multi-échelles en temps.

Nuclear power plants are an important source of energy production in France. However, following the various accidents and risks associated with this technology, nuclear safety is a global concern. In France, standards are continually being imposed on existing nuclear facilities and on the next generations under development. Among the many aspects of nuclear safety, the dimensioning of mechanical structures is an important subject for industrial players. Framatome's core business is the design and justification of nuclear power plants. These must be designed to withstand extreme operating conditions, such as earthquakes, plane crashes or pipe ruptures. Numerical modeling of this type of loading requires dynamic temporal analyses to consider these multi-scale phenomena. However, such analyses are CPU and memory intensive. The aim of this thesis is to develop a new heterogeneous (different integration schemes) and asynchronous (different time steps) integrator, based on the GC coupling method, with improved energy conservation properties. The multi-scale phenomena present in the reactor block are simulated using an explicit integrator with small time steps for the contact zones and an implicit integrator with large time steps for the rest of the structure. A co-simulation demonstrator is developed between the Code Aster and Europlexus software packages in order to get closer to an industrial development and thus demonstrate the performance gain, for a three-dimensional reactor block model, provided by the multi-time-scale co-simulation approaches.