Passage de la résilience à la ténacité dans la zone de transition ductile fragile de l acier de cuve A. Parrot, A. Dahl

Transcription

1 Passage de la résilience à la ténacité dans la zone de transition ductile-fragile de l acier de cuve 1 / Contexte et objectifs 2 / Démonstration dans la transition 3 / Perspectives EDF R&D Département Matériaux et Mécanique des Composants A. PARROT, A. DAHL 1/17

2 Contexte Enjeux : Durée de vie des cuves Les analyses de sûreté des matériels utilisent la ténacité Nécessité de connaître la ténacité en fin de vie des matériaux Actuellement, la ténacité est évaluée par des méthodes empiriques (conservatives): RCC-M (Design Code) Objectif final : Évaluation directe de la ténacité à partir des essais Charpy du programme de surveillance de l irradiation 2/17

3 Contexte Démarche de conception 1/ Courbe de transition en ténacité ER K 1C =f(t-rt NDT ) 2/ Calcul (fin de vie) par un décalage de RT NDT : RT NDT =FIS=g(chimie, Φ) K 1C =f(t-rt NDT - RT NDT ) 25 Démarche d exploitation 1/ Vérification du conservatisme de FIS à partir du PSI Energie KV (J) T KC V < T FIS Ténacité (MPa.m 1/2 ) 2 RT NDT T-RT NDT ( C) T ( C) Hypothèses 1/ RT NDT (K 1c )= T K7 (KV) 2/ f ER =f irradié 3/17

4 12% Méthodologie Essais de résilience Probabilité de rupture (%) 1% 8% 6% 4% 2% % Energie KV [J] Lois de comportement Maillage CHARPY Simulation de l essai Charpy Simulation EF Probabilité de rupture (Contrainte critique, σ s ) Optimisation de la contrainte critique σ s Lois de comportement Maillage CT Simulation EF Simulation de la ténacité 4/17 Prédiction de la ténacité

5 Matériau étudié : H1BQ12 de type 16MND5 KV (J) KV = 3,5 daj/cm² C,16 Mn 1,3 Ni,7 Mo, T ( C) P S Si Cr 25,8,6,2,2 Ténacité Kc (MPa.m1/2) / T ( C)

6 ductile-fragile (-6 C, -3 C & C) Mécanismes dans le domaine de la transition Coupe d une éprouvette rompue dans la transition Description de la rupture par clivage à l aide du modèle de Beremin Description de la déchirure ductile à l aide d un modèle d endommagement couplé : modèle de Rousselier 6/17

7 ductile-fragile (-6 C, -3 C & C) Simulation numérique de l essai Charpy : Lois de comportement : σ eq σ m Modèle de Rousselier : φ p = + Dσ 1 f exp R( p) ρ = ρσ 1 1 Comportement viscoplastique : p R ( p, p ) = σ + y visc ( p ) σ sinh & & & ε Simulation en 2D Déformations Planes ou en 3D Fond d entaille 1 m Bord libre de l éprouvette Centre de l éprouvette 7/17

8 ductile-fragile (-6 C, -3 C & C) Simulation numérique de l essai Charpy : 25-6 C 25-3 C 2 2 Load (kn) 15 1 Load (kn) Striker's displacement (mm) CVN Tests 2D Simulation with s1=715 MPa 3D Simulation with s1=715 MPa Striker's displacement (mm) CVN Tests 2D Simulation with s1=674 MPa 3D Simulation with s1=674 MPa 3D Simulation with s1=62 MPa 8/17

9 ductile-fragile (-6 C, -3 C & C) 25 2 Simulation numérique de l essai Charpy : C Porosité pour un déplacement du marteau de 8mm Load (kn) Striker's displacement (mm) CVN Tests 2D Simulation with s1=575 MPa 3D Simulation with s1=575 MPa 9/17

10 ductile-fragile (-6 C, -3 C & C) Identification des paramètres du modèle de Beremin : Introduction de la correction de déformation plastique dans le modèle 1 m p m σ w m m ε I dv Pr = 1 Exp σ w = I exp σ σ k V u V p Temperature 6 C 3 C C σ u identification with m=2 σ u identification with m=24 σ u identification with m=28 m σ u σ u (V /V) 1/m m σ u σ u (V /V) 1/m m σ u σ u (V /V) 1/m /17

11 ductile-fragile (-6 C, -3 C & C) Simulation numérique des essais sur éprouvette CT : Lois de comportement : Modèle de Rousselier : φ p σ eq σ m = + Dσ 1 f exp R( p) = ρ ρσ 1 Comportement élastoplastique : R( p) = σ y qstat ( p) Simulations en 2D Déformations Planes ou en 3D Bord libre de l éprouvette Fond de fissure 11/17

12 ductile-fragile (-6 C, -3 C & C) Simulation numérique des essais sur éprouvette CT : C C 7 6 Load (kn) Load (kn) CMOD (mm) CT 25 Tests 2D Simulation with s1=52 MPa 3D Simulation with s1=52 MPa CMOD (mm) CT 25 Tests 2D Simulation with s1=49mpa 3D Simulation with s1=49mpa 12/17

13 ductile-fragile (-6 C, -3 C & C) Simulation numérique des essais sur éprouvette CT : C Load (kn) CMOD (mm) CT 25 Tests 3D Simulation with s1=48 MPa Porosité pour un CMOD de 8mm 13/17

14 ductile-fragile (-6 C, -3 C & C) Détermination de la statistique de rupture : 1% -6 C 1% -3 C Failure probability 8% 6% 4% 2% Failure probability 8% 6% 4% 2% % Fracture Toughness (M Pa.m 1/2 ) CT 25 Tests m=2, su=296 MPa m=24, su=265 MPa m=28, su=2487 MPa % Fracture Toughness (M Pa.m 1/2 ) CT 25 Tests m=2, su=2898 MPa m=24, su=2639 MPa m=28, su=2473 MPa 14/17

15 ductile-fragile (-6 C, -3 C & C) Détermination de la statistique de rupture : 1% C 1% Failure probability 8% 6% 4% 2% Failure probability 8% 6% 4% 2% % Fracture Toughness (M Pa.m 1/2 ) CT 25 Tests m=2, su=3391 MPa m=24, su=367 MPa m=28, su=2858 MPa % Fracture Toughness (M Pa.m 1/2 ) CT 25 Tests -6 C Prediction -6 C CT 25 Tests -3 C Prediction -3 C CT 25 Tests C Prediction C 15/17

16 ductile-fragile (-6 C, -3 C & C) Détermination de la statistique de rupture : Ténacité prédite pour Pr=5%, 5% and 95% Fracture Toughness (MPa.m 1/2 ) Temperature ( C) RCC-M KIC Kcpm KJc 3D Simulation with m=2 3D Simulation with m=24 3D Simulation with m=28 16/17

17 ductile-fragile (-6 C, -3 C & C) Conclusion : A 6 C et 3 C, la statistique expérimentale est correctement reproduite A C, la statistique simulée est trop fragile Perspectives : Amélioration de la simulation de la résilience et de la ténacité : modification du maillage à C pour forcer la propagation de la déchirure sur les points de Gauss situés sur l axe de symétrie Modèle de Beremin : nécessité de préciser les mécanismes de clivage dans la transition 17/17