SIMULATION DU COMPORTEMENT AU SÉISME DES RÂTELIERS DE STOCKAGE DE COMBUSTIBLE

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1 SIMULATION DU COMPORTEMENT AU SÉISME DES RÂTELIERS DE STOCKAGE DE COMBUSTIBLE Fabien Grange 1, Nicolas Besson 2, Alexandre Foucault 1 1 : EDF R&D, 1 Avenue du général de Gaulle, Clamart 2 : EDF SEPTEN, 12 Avenue Antoine Dutrievoz, Villeurbanne Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016

2 RÂTELIERS DE STOCKAGE DE COMBUSTIBLE Stockage des assemblages combustibles avant une nouvelle utilisation, ou l envoi vers des installations de retraitement. EDF - D'ARAM DE VALADA THOMAS Free standing EDF - CHARFEDDINE DAMIEN Liés à la piscine 2 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE

3 /00/ SOMMAIRE 1. Contexte et besoins 2. Modèle numérique 3. Mise en œuvre 4. Résultats et Conclusions 3 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE

4 /01/ CONTEXTE ET BESOINS De l existant aux objectifs 4 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE

5 CONTEXTE ET BESOINS Râteliers de stockage de combustible Stockage des assemblages de combustible Reposent sur un liner en inox Libres posés sur le liner (ou liés à la piscine) EDF - GOLDSTEIN JULIEN Contraintes en cas de séisme : Ne pas endommager les assemblages combustibles et les équipements dans la piscine. Les pieds ne doivent pas racler de soudure du liner. Les pieds ne doivent pas sortir de leur logement. Les pieds ne doivent pas tomber dans les rigoles en bord de piscine. Déplacements limités Garantir l intégrité des RSCU Alvéole Module Pied Plaque de base 5 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE

6 CONTEXTE ET BESOINS Modèles utilisés jusqu à présent : Modèles de poutres, Géométrie simplifiée Prise en compte de l IFS Prise en compte des chocs entre assemblages combustibles et alvéoles Besoins : Développement d une méthodologie de simulations dynamiques transitoires basées sur la géométrie réelle. Prise en compte du fluide : interaction fluide structure (IFS) poussée d Archimède Possibilité de glissement et soulèvement des pieds Calculs rapides pour des études paramétriques 6 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE

7 CONTEXTE ET BESOINS Méthodologie développée : Calcul dynamique transitoire non linéaire sur base modale Prise en compte de non linéarités localisées (contact et frottement) Masses ajoutées par le fluide Hypothèses : Petites transformations Comportement élastique des matériaux Les masses ajoutées par le fluide ne sont pas recalculées pendant le calcul Fluide potentiel, incompressible et non visqueux (Pas de contact entre les râteliers, ou avec les parois de la piscine) (Pas de chocs entres les assemblages combustibles et les alvéoles) Mise en œuvre : Maillage Base modale triplet d accélérogrammes Calculs Restitution en base physique Post traitements 7 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE

8 /02/ MODELE NUMERIQUE Génération du modèle avec Salome-Meca 8 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE

9 MODELE NUMERIQUE Script python unique pour la création de la géométrie et du maillage. Création : de la géométrie, du maillage, des groupes des nœuds et de mailles pour le calcul. Paramétrage des différentes grandeurs : Nombre de râteliers Positionnement des râteliers dans la piscine Nombre & taille d alvéoles Position des assemblages combustibles Epaisseur des tôles (dans Code_Aster ) Position des pieds Taille du maillage 9 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE

10 MODELE NUMERIQUE Géométrie d un rack : Dimensions: Longueur : 2.58 m Largeur : 1.72 m Hauteur : 4.26 m Tôles du rack 54 alvéoles Assemblage combustible Masse à vide : 3.5 T Masse à pleine charge : 44 T Grilles de maintien des A.C. Pieds RSCU vu en coupe 10 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE

11 MODELE NUMERIQUE Géométrie de la piscine : Dimensions: Longueur : 4.7 m Largeur : 3.6 m Hauteur : 6 m Mur latéral 0.5 m entre rack et piscine Faces latérales et liner rigides Volume d eau Volume d eau maillé en 3D pour l interaction fluide structure Liner Piscine 11 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE

12 MODELE NUMERIQUE Modèle utilisé : Deux râteliers immergés 9*6 Alvéoles (l*l*h : 2.58 m * 1.72 m * 4.26m) 1 râtelier plein (44 T) 1 râtelier à moitié rempli ( 21 T) 30 cm entre râteliers & 50 cm entre râtelier et piscine Maillage: Eléments 3D Volume fluide (Bleu foncé) Eléments 2D Murs de la piscine (bleu clair et vert) Tôles des râteliers (gris) Eléments 1D Pieds des râteliers (rouge) Assemblages combustibles (noir) Grilles de maintien des assemblages (vert) z y Eléments 0D Nœud de pilotage, au coin de la piscine (orange) x 12 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE

13 /03/ MISE EN ŒUVRE Méthodologie de calcul avec Code_Aster 13 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE

14 MISE EN ŒUVRE Création de la base modale sèche: Modes de corps rigide de la piscine Modes de corps rigide des râteliers Modes dynamiques des râteliers (deux modes de flexion et un mode de torsion) Modes statiques à chacun des pieds des râteliers Mouvement de corps rigide de la piscine : Dx, Dy, Dz Mouvement de corps rigide des râteliers : 6 DDL Modes des râteliers Base de projection pour les matrices K, M et le chargement (90 modes) 14 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE Réponse à un effort statique à chaque pied Fx, Fy, Fz

15 MISE EN ŒUVRE Création de la base modale humide : Calcul de la masse ajoutée par le fluide pour chacun des modes. Condition de pression nulle à la surface et déplacements imposés par les modes Surpression (rouge) et dépression (bleu) dans le domaine fluide Modification de la matrice de masse projetée sur la base des modes propres 15 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE

16 MISE EN ŒUVRE Définition des paramètres de choc : Piscine indéformable Loi de contact et frottement (Coulomb) 5 paramètres Kn : Raideur normale Valeur expérimentale : Raideur du liner et béton Cn : Amortissement normal Kt : raideur tangente Ct : Amortissement tangent µ : Coefficient de frottement [0.2 ; 0.8] 16 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE

17 MISE EN ŒUVRE Chargement sismique : Quatre jeux d accélérogrammes synthétiques utilisés Accélérations appliquées à la piscine (indéformable) Compensation de la gravité pour l accélération z (Calcul en repère absolu) SRO des accélérogrammes Représentation temporelle 17 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE

18 /03/ RESULTATS ET CONCLUSIONS L influence des paramètres du modèle 18 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE

19 RÉSULTATS CHARGEMENT SISMIQUE Centre Haut Influence du coefficient de frottement : µ [0.2 ; 0.8] Forte différence de comportement suivant µ µ = 0.2 : translations du râtelier µ = 0.8 : translations + léger basculement Centre Bas 19 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE

20 RÉSULTATS CHARGEMENT SISMIQUE µ=0.2 Glissement Peu de chocs sur les pieds µ=0.8 Basculement (Faible, <2 ) Chocs sur les pieds (en particuliers aux 4 coins) Amplification de la déformée : x5 20 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE

21 CONCLUSIONS Mise en place d une méthode de simulation dynamique transitoire pour des solides glissants / basculants, avec IFS. Grandeurs mesurables : Déplacements, Déformations, Efforts dans les pieds. Nécessité de statistiques sur plusieurs accélérogrammes. Analyses de sensibilité : Remplissage des alvéoles Paramètres numériques (Raideur de contact, µ,...) Temps de calcul réduit : Création de la base modale : 10 Min Calcul (20s de séisme) et post traitement : 40 Min Perspectives Construction de courbes de fragilité (Probabilité d un déplacement > D admissible ) Etudes de renforcement (liaisons entre les racks) 21 / 21 Journée des Utilisateurs de Code_Aster 2016 F. GRANGE

22 MERCI

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