A NALYSE DU COMPORTEMENT SOUS SÉISME D ÉQUIPEMENTS IMMERGÉS Ecole Nationale d'Ingénieurs de Tunis المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس Projet de fin détudes

ANALYSE DU COMPORTEMENT SOUS SÉISME D’ÉQUIPEMENTS IMMERGÉS

Ecole Nationale d'Ingénieurs de Tunis

بتونس للمهندسين الوطنية المدرسة

Projet de fin d’études

Présenté parAmine JALLOULI & Marième Imene EL GHEZAL

Proposé par: ESI-France

Président Jury: Mr. Jamel BESSROUR Membre permanent: Mr. Jalel BEN ADALLAHRapporteur: Mr. Hédi HASSIS Encadreur entreprise: Mr.Laurent MOUCHETTEEncadreurs ENIT: Mr. Yamen MAALEJ & Mr. Bessem ZOUARI

INTRODUCTION

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INTRODUCTION

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Présentation de l’entreprise

PLAN

Mise en situation et cahier des charges

Méthodologie

Validation du calcul FPM

Validation de la méthode des cartes de pression

Etude sismique d’équipements immergés

Conclusion et perspectives

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Présentation de l’entreprise

Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM

Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives

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Figure .1: Domaine d’activité de ESI-Group




Le combustible nucléaire usé doit être entreposé dans une piscine de refroidissement

Les impératifs de sûreté exigent l’analyse sismique des assemblages ainsi que des modules de leur stockage

L’étude de la tenue au séisme d’équipements immergés doit être vérifiée par simulation

Nécessité de prise en compte l’interaction Fluide-Structure

« Analyse du comportement sous séisme d’équipements immergés »

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Objectif:

Valider l’utilisation de PAM-CRASH/FPM en ce qui concerne la réponse transitoire de composants immergés sous chargement par excitation de sol type sismique

Travail à réaliser:

Retrouver les résultats de la publication de FRITZ [1] (« The effect of liquids on the Dynamic Motions of Immersed Solids ») en réponse dynamique

Retrouver les résultats des travaux expérimentaux et de modélisation réalisés par Moudrik - CEA [2] pour une structure immergée en s’appuyant sur les résultats de forces hydrodynamiques calculés par le module FPM.




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Méthodologie

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Modèle des cylindres coaxiaux N° i

Modélisation du fluide Résolution FPM couplée PAM-Crash

Analyse des résultats et comparaisonPublication de Fritz

% Erreur

i=i+

1

Validation de la méthode FPM

Acceptable

Non acceptable

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Modèle interaction Fluide/Structure (Rigid Body)

Résolution FPM/PAM-Crash couplée

« Output » : Cartographie de pression dynamique sur les éléments

Modèle mécanique (Modèle géométrique + CL)

Chargement

Résolution PAM-Crash

Paramètres physiques de comparaison

Déplacements, Efforts, accélérations,..

Résultats du modèle mécanique

Comparaison




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Modèle du râtelier Rigid Body en

interaction Fluide/Structure

Méthode des cartes de pressionModèle mécanique du

râtelier déformableRésolution PAM-

CrashAnalyse des résultats et validation% thèse

de Moudrik

Validation de la méthode des

cartes de pression

Résultats de la thèse de Moudrik

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Validation du calcul FPM

Résultats analytiques de comparaison

Construction du modèle équivalent sur PAM-Crash

Influence des C.A.L

Influence du raffinement

Influence de la longueur

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Figure .2: : Modèle traité par Fritz

.. ..

21 1 1( )f H HF M X M M X

.. ..

22 1 1 1 2( ) ( )f H HF M M X M M M X

Les efforts dus à la présence du fluide exercés sur les cylindres sont donnés par les formules suivantes :

Résultats analytiques

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Construction du modèle équivalent sur PAM-Crash

Longueur L

Paroi Г1

Particules du fluide

a(t)=2.10-3.sin (40πt)

Max (Ff1) = 6,6.104 N

Accélération appliquée sur le cylindre extérieur:

Effort analytique maximal associé:



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Figure .3: : Modèle traité par Fritz

• paroi fermée :

. 0 / iv n

. 0 / iv n

• paroi ouverte :

1 2 3 4 5 6 7 8 9 100.00E+001.00E+042.00E+043.00E+044.00E+045.00E+046.00E+047.00E+048.00E+049.00E+041.00E+05

fermé-ouvert h=0.2

Fermé-Fermé

Ouvert-Ouvert

Eff

ort

un

itai

re m

axim

al (

N)

N° de la section

Effort maximal appliqué par le fluide sur les sections unitaires

Paroi 1

Section unitaire d’effort

Paroi 2

INFLUENCE DES C.A.L



Influence des conditions aux limites

Figure .4: : Section d’effort unitaire

Figure .5: Superposition des résultats des différentes C.L 14

L=2 m L=4 m L=10 m L=25 mEffort cylindre

7,88E+04 8,67E+04 6,37E+04 6,45E+04Erreur% Analytique 19% 31% -3% -2%



0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

Effort=f(sec)L=25m

Effort=f(sec)L=10m

Eff

ort

max

imal

un

i-ta

ire

(N)

Position axiale relative

Représentation de l’effort en fonction de la position axiale

Tableau 1 : Comparaison des résultats d’effort pour les différentes longueurs

Figure.6 : Influence de la longueur sur les Effets de bords

Influence de la longueur

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Influence du raffinement

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 102.00E+04

3.00E+04

4.00E+04

5.00E+04

6.00E+04

7.00E+04

8.00E+04

9.00E+04

1.00E+05

1.10E+05

1.20E+05

h=0.4

h=0.6

h=0.2

h=0.1

N° de section

Eff

ort

un

itai

re (

N)

Effort unitaire maximal appliqué par le fluide pour différents raffinements

Pour raffiner l’espace fluide, on impose le nombre de particules dans le domaine hmin.

Figure.7 : Superposition des résultats des différents raffinements

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Méthodologie

Applications

1er modèle: cylindres coaxiaux

• 2ème modèle: râtelier immergé

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Méthodologie

Déplacement

Chargement:Accélération sur le cylindre extérieur

Déplacement

Courbes de pression

Module FPM:Création du modèle FPM

Calcul PAM-Crash/FPM

Résultats FPM

Modèle à 1 seul cylindre:Cylindre libre en translation plane

Modèle à 2 cylindres coaxiaux:Cylindre extérieur libre en translation

plane

Chargement:Forces hydrodynamiques sur le cylindre

Calcul PAM-Crash

Cylindre intérieur

Cylindre extérieurParticules de fluide

Pre

ssio

ns a

ppliq

uées

su

r le

s é

lém

ent

s18



Cylindre extérieur libre

Fluide

Cylindre intérieur libre

Figure.8: Schéma du modèle simple : 2 cylindres coaxiaux

Figure.9 : Superposition des courbes de déplacement du cylindre

1er modèle: cylindres coaxiaux

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Figure.10 : Schéma du modèle du râtelier plongé dans la piscine

Figure.11 : Superposition des courbes de déplacement du râtelier



2ème modèle: râtelier immergé

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Etude sismique du râtelier

Description du modèle de MOUDRIK

Méthodologie de la création du modèle sur PAM-Crash

Spécifications du contact

Résultats et validation

Râtelier vide Râtelier plein

Etude en air

Etude en eau

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Description du modèle traité par MOUDRIK [2]

Objet de la thèseEssais de caractérisation sismiques en air et en eau effectués sur une maquette de dimensions réduites soumise à l’action d’une accélération.ObjectifEtudier les phénomènes de glissement et de soulèvement du râtelier en appliquant différentes excitations sismiques de différentes amplitudes.

Figure.14: : Accélérogramme appliqué

Figure.13: : Maquette d’essai22



Démarche de construction du modèle

Création des « parts » et maillage

Spécifications des matériaux

Introduction des conditions aux limites et chargements

Définition du contact

Choix des « outputs »

Choix des paramètres de contact

Test du modèle

Analyse des résultats

Résultats de la thèse

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Figure .15: : Carte de contact


Hcontact

Coefficient µ

Choix de « slave » et « master »

Paramètres du contact testés:Hauteur de contact H contact

Amortissement Damp = 4*π/T

Stabilisation des efforts de contact à la valeur 41 KN qui correspond au poids du râtelier

Figure .16: Effort de contact24




Figure .17: Comparaison des résultats pour différents hcontact

25



Résultats des simulations du râtelier vide en air

Figure .18: Modèle du râtelier en air

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Gli

ss

em

en

t m

ax

ima

l

Figure .19: Glissement moyen des pieds du râtelier

Figure .20: Comparaison calcul PAMCrash – Résultats de MOUDRIK

Critère d’apparition du glissement:

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Figure .21: Soulèvement d’un pied du râtelier Figure .22: Soulèvement maximal des pieds du râtelier

critère d’apparition du soulèvement: 0 d

H


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Figure .23: Phénomène de balancement

29



Résultats des simulations du râtelier vide en eau

Figure .24: Modèle du râtelier immergé

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31




32




33Vidéo.1: Comportement normal des particules




34Vidéo.2: Comportement anormal des particules



e

PART de la face latérale intérieure

PART de la face latérale extérieure

Figure .25: Modèle du râtelier

Les assemblages sont modélisés par leur masse

ajoutée

Modification des paramètres de contact

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Résultats des simulations du râtelier plein en air



Résultats des simulations du râtelier plein en air

Figure .26: Comparaison vide-plein du soulèvement maximal

Figure .27: Comparaison vide-plein des forces de choc

Figure .28: Comparaison calcul-essai du glissement

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Résultats des simulations du râtelier plein en eau



Figure .29: Comparaison calcul FPM-Essais

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CONCLUSION ET PERSPECTIVES

Validité des calculs FPM par rapport au modèle testé

Validité de la méthode des cartes de pression

L’étude du comportement du râtelier en réponse sismique:

Résultats en air: Etude des mouvements du râtelier

Résultats en eau: Influence du fluide sur le comportement du râtelier

Résultats de calcul FPM cohérents et comparables avec les résultats expérimentaux

Comportement irrégulier des particules

Amélioration possible du modèle numérique et vérification des causes des instabilités de calcul en eau

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Merci !

Documents

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