Etude de stabilité non linéaire d un réservoir sous sollicitation sismique

Transcription

1 Etude de stabilité non linéaire d un réservoir sous sollicitation sismique Nicolas Greffet Aimery Assire, Jérôme Pigat, Jean-Michel Proix EDF - R&D/AMA EDF R&D

2 Un réservoir potentiellement instable... Objectif : Méthodologie d étude numérique (demande SEPTEN) Perspective d une centrale nucléaire 16m Bâtiment réacteur

3 Modélisation du problème mécanique I 16m 10,12m R nominal =5,7m 1,985m 2,005m 2,005m 2,005m 2m 2m 2m 2m Epaisseur viroles : 4 à 7mm Rayon/Epaisseur~ Toit conique Anneau 2 Anneau 1 Niveau d eau max.=15,7m Système d ancrage! Non linéarités géométriques flambage! Non linéarités matériaux élastoplasticité! Liaison avec le sol décollement possible! Chargement sismique EF! Prise en compte du fluide! Approche réglementaire calcul quasistatique

4 Modélisation du problème mécanique II! Matériaux employés! Acier inoxydable A240 type 304L élastoplasticité à écrouissage isotrope non linéaire (mot clé TRACTION dans DEFI_MATERIAU)! Acier A42 (boulonnerie) élasticité isotrope! Conditions aux limites en déplacement! Pas de prise en compte du décollement encastrement

5 Modélisation du problème mécanique III! Chargements imposés! Poids propre! Fluide pression hydrostatique! Sollicitation sismique pressions variables (approche réglementaire)! Pilotage du chargement (évolution quasistatique) Pressions suiveuses ( θ z) = g+ λ ( h( z) + i( θ z) ± v( z) ) ( θ z) = + ( z) + λ ( θ z) ± ( z) C, P P P, P 0 ( ) C, P P P, P 1 Avec : g h i v Pg : poids propre Ph ( z) : pression hydrostatique λ : coefficient de pilotage du chargement P i( θ, z) : représente l'accélération horizontale Pv ( z) : représente l'accélération verticale

6 Discrétisation EF du problème mécanique! Maillage de référence (55000ddl)! Mailleur : CASTEM2000! Eléments COQUE_3D M Détail des ancrages

7 Calculs : qualification de la discrétisation! Analyse modale! Flambage d Euler (élastique) Maillage complet (220000ddl) Demi-maillage de réf. (55000ddl) ABAQUS (INSA Lyon) Charge critique 2,33*SDD 2,38*SDD 2,37*SDD

8 Calculs élastoplastiques Stratégie de résolution dans NEW6 Coques volumiques COQUE_3D COMP_INCR RELATION= VMIS_ISOT_TRAC DEFORMATION= GREEN_GR STAT_NON_LINE Calcul quasistatique incrémental par méthode de résidu en équilibre Pilotage en effort NEWTON Matrice tangente réactualisée PREDICTION= TANGENTE MATRICE= TANGENTE SOLVEUR METHODE= MULT_FRONT RENUM= METIS Chargement suiveur : TYPE_CHARGE= SUIV CONVERGENCE RES_GLOB_RELA=1.E-6

9 Calculs élastoplastiques! Déversement du réservoir (déplacement du point M) Charge 1,20 1,00 0,80 Flambement élastoplastique : influence pression fixe / pression suiveuse Charge ultime : 1,10*SDD (ABAQUS : 1,17*SDD) 0,60 lambda < Charge Euler / 2 0,40 fep_c1ps* fep_c1pf* 0,20 0,00 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,016 DX en PANN2V (mm) Déplacement Note : sur ce critère, l influence de l aspect suiveur en pression est faible

10 Calculs élastoplastiques! Isovaleurs de déformation plastique cumulée M Localisation de la plasticité dans un pli déversement du réservoir

11 Calculs élastoplastiques EDF Electricité de France Departement AMV Courbes de traction pour l acier 304L Courbe de traction 1D! Influence de la loi plastique Contrainte Loi «réaliste» Charge 1,20 1,00 Flambement élastoplastique : influence loi de comportement initiale / loi de comportement minimale (RCC-M) Déplacement au point M Max : 1,10*SDD Loi realiste Loi mini Contrainte (MPa) Loi «minimale» 0, ,60 Max : 0,78*SDD 50 lambda 0,40 (ABAQUS : 0,77*SDD) agraf 16/01/2002 (c) EDF/DER fep_c1ps* fep_loi2* x10-2 Deformation totale Déformation totale 0,20 0,00 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,016 DX en PANN2V (mm) Déplacement

12 Analyse des résultats élastoplastiques! Charge ultime : 0,77*SDD avec loi plastique «minimale» nécessité de renforcer le réservoir! Qualification du dimensionnement d un renfort TFC (fibre de carbone multicouche) Sens Sens transverse ❶ Détermination du nombre de couches ❷ Détermination de la hauteur renforcée } Etude paramétrique longitudinal

13 Dimensionnement du renfort! Modèle simplifié (17000ddl) GIBI FECIT Anneau de tête raidi Viroles simplifiées Zone renforcée Ancrage simplifié Modélisation du renfort 2001 : modèle orthotrope COQUE_3D avec GREEN_GR " Modèle équivalent par câbles horizontaux (et verticaux) " Modèle coque isotrope (équivalent sens longi.) Bornes de la réponse orthotrope

14 Dimensionnement du renfort EDF Electricité de France Département AMA Loi minimale : renforcement par TFC (comparaison 4 couches pour 5 ou 10m de hauteur de renfort) Département AMV Loi minimale : renforcement par TFC (comparaison pour 4 couches et 5m ou 10m de hauteur de renfort) Modélisation du TFC par un réseau de cables équivalents ou par un materiau isotrope Charge 0.8 Sans Sans renfort renfort Renfort par câbles cables horizontaux Renfort isotrope isotrope 5m Renfort isotrope isotrope 10m 10m Renfort par câbles cables horizontaux 10m 10m Charge ultime avec TFC : ~0,92*SDD ABAQUS : 1,20*SDD (Loi «réaliste» : ~1.22*SDD) agraf 28/11/2001 (c) EDF/DER Gain de 20% avec TFC x10-3 déplacement Déplacement

15 Dimensionnement du renfort! Isovaleurs de déformation plastique cumulée pour 1*SDD Clip cinéma Sans renfort Avec renfort VAL ISO > 1.84E 06 < 1.57E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E 03 GIBI FECIT Localisation dans un pli AMPLITUDE DEFORMEE 2.00E+02

16 Dimensionnement du renfort! Etude paramétrique sur maillage simplifié! Validation du calcul élastoplastique en grandes transformations! Modélisations (câbles ou coque isotrope) du renfort! Influence des paramètres (nombre de couches et hauteur renforcée) : étude qualitative! Validation quantitative sur maillage de référence avec 4 couches de renfort sur 10m (solution INSA Lyon)! Test de l orthotropie (version )

17 Validation sur le modèle de référence EDF Electricité de France Département AMA Loi minimale : renforcement par TFC (comparaison 4 couches jusqu à 10m) Departement Analyse Mecanique et Acoustique Calculs elastoplastiques avec la loi minimale RCC-M, chargement C1PS1 sur modele de reference, nu= Charge (*SDD) Charge Sans renfort TFC isotrope (4 couches sur 10m.) TFC orthotrope, G_LT=G_TN=5.8GPa GLT=GTN=5,8GPa TFC orthotrope, G_LT=5.8GPa, GLT=5,8GPa, G_TN=40.4GPa GTN=40GPa TFC orthotrope, G_LT=G_TN=40.4GPa maxi GLT=GTN=40,4GPa Charge ultime sans TFC : 0,61*SDD (ABAQUS : 0,62*SDD) Charge ultime avec TFC : 1,12*SDD (ABAQUS agraf 07/02/2002 (c) EDF/DER : 1,2*SDD) x10-3 Deplacement de M, suivant x (m.) Déplacement

18 Conclusion et...! Validation du calcul en grandes transformations avec éléments COQUE_3D et différents comportements (isotrope élastoplastique ou orthotrope élastique)! Résolution d un bug sur les pressions suiveuses version 6.2.9! Développement orthotropie pour COQUE_ 3D avec GREEN_GR version ! Application à une problématique industrielle réaliste (jusqu à ddl, temps CPU~30h)! Cohérence avec ABAQUS (INSA de Lyon)

19 ...Perspectives! Validation du choix coques minces! Comparaison avec calcul EF massifs Résultat sous peu! Prise en compte fine de la liaison avec le sol! Décollement : gestion du contact 3D et frottement! Réévaluation de l approche réglementaire! Calcul couplé fluide-structure Disponible Disponible! Calcul dynamique sous séisme (accélérogramme) avec interaction sol-structure (couplage /MISS3D)! Calcul couplé IFSS jusqu au postcritique Disponible! Pilotage de l algorithme de résolution (longueur d arc) Disponible! Description ALE du domaine fluide A faire...