LMA - Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique

T. Catterou - Étude numérique et expérimentale du comportement dynamique non linéaire d’un réseau de tubes avec jeux - application aux faisceaux d’aiguilles combustibles RNR (22 octobre 2018)

Amphithéatre du château de Cadarache, CEA Cadarache

Le 22 octobre 2018 à 14h00

La compréhension des phénomènes ayant lieu dans les structures à contacts multiples est un défi technologique majeur. Les pastilles combustibles du RNR (réacteurs à neutrons rapides) ASTRID sont introduites dans de grands tubes élancés appelés aiguilles assemblées en faisceau dans un tube hexagonal. L’estimation des contraintes dans les aiguilles lors de chargements dynamiques est essentielle pour les études de sureté du projet.

Encadrement

  • Directeur : B. Cochelin

Jury

  • Directeur de thèse : Bruno COCHELIN, Centrale Marseille / LMA
  • Rapporteur : Cyril TOUZE, ENSTA ParisTech
  • Rapporteur : Étienne BALMES, École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers
  • Examinateur : Victor BLANC, CEA Cadarache
  • Examinateur : Béatrice FAVERJON, INSA Lyon
  • Examinateur : Vincent ACARY, INRIA Grenoble

Résumé

La compréhension des phénomènes ayant lieu dans les structures à contacts multiples est un défi technologique majeur. Les pastilles combustibles du RNR (réacteurs à neutrons rapides) ASTRID sont introduites dans de grands tubes élancés appelés aiguilles assemblées en faisceau dans un tube hexagonal. L’estimation des contraintes dans les aiguilles lors de chargements dynamiques est essentielle pour les études de sureté du projet. Des essais expérimentaux sur le banc CARNAC ont été conduits pour comprendre le comportement dynamique d’une aiguille avec ces pastilles. Un amortissement non-linéaire des aiguilles est expliqué par la présence de frottement entre les pastilles et une analyse des fréquences lors de chocs est menée. Puis un modèle numérique a été choisi pour simuler le lâcher d’un assemblage contre une butée avec pour objectif de prendre en compte un grand nombre de contacts internes rapidement et précisément. La méthode numérique a été validée analytiquement et expérimentalement. Cette étude a mené à une méthodologie de choix des paramètres numériques pour assurer la précision et la stabilité des calculs. Les forces de contact et les déplacements des aiguilles du banc CARNAC ont été bien prédites numériquement. Des modèles numériques simplifiés ont été conçu pour comprendre les phénomènes physiques agissant dans les systèmes multi-contacts. Chacun de ces phénomènes dynamiques a un temps caractéristique qui lui correspond, et il est donc possible d’analyser l’influence des phénomènes prépondérants lors d’une sollicitation. Les jeux dans le faisceau génèrent des résonances courtes et locales qui peuvent augmenter les forces de contacts si le jeu est faible. Un modèle multicontact analytique réduit a été utilisé pour interpréter ce résultat. Pour finir, l’intégralité de l’assemblage est modélisée par éléments finis. Une méthode de sous-structuration est utilisée pour calculer sa base modale rapidement. Une loi d’effort précise permet de bien représenter les contacts aiguilles-aiguilles et aiguilles-TH. Les déplacements, l’énergie et les forces de contact sont analysés avec ou sans jeux de montage. Les résultats numériques sont comparés à des essais réalisés au CEA et montrent une bonne correspondance avec les résultats expérimentaux. Le comportement cinétique moyen de l’assemblage peut être approximé par un modèle poutre simple en considérant les aiguilles solidaires. Les efforts dans le faisceau peuvent être estimés de façon conservative grâce à un modèle de faisceau réduit proposé dans cette thèse.