EDF R&D
EtudeEtude de stabilité non linéaire de stabilité non linéaire d’un réservoir sous sollicitation sismiqued’un réservoir sous sollicitation sismique
Nicolas GreffetAimery Assire, Jérôme Pigat, Jean-Michel Proix
EDF - R&D/AMA
EDF R&D/AMA
Code_AsterCode_AsterUn réservoir potentiellement instable...
Objectif :Méthodologie d’étude numérique (demande SEPTEN)
16m
Perspective d’une centrale nucléaire
Bâtiment réacteur
EDF R&D/AMA
Code_AsterCode_AsterModélisation du problème mécanique I
! Non linéarités géométriques➨➨ flambageflambage
! Non linéarités matériaux➨➨ élastoplasticitéélastoplasticité
! Liaison avec le sol ➨➨ décollement possibledécollement possible
! Chargement sismique! Prise en compte du fluide! Approche réglementaire
➨➨ calculcalcul quasistatiquequasistatique
Code_AsterCode_Aster
EFEpaisseur viroles : 4 à 7mm➨➨ Rayon/Epaisseur~1000
Rnominal=5,7m
2m
2m
2m
2m
2,005m
10,12m
16m
2,005m
2,005m
1,985m
Niveau d’eaumax.=15,7m
1
2
3
4
5
6
7
8
Systèmed’ancrage
Anneau 1
Anneau 2
Toit conique
EDF R&D/AMA
Code_AsterCode_AsterModélisation 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
EDF R&D/AMA
Code_AsterCode_AsterModélisation du problème mécanique III
! Chargements imposés! Poids propre
! Fluide
➨ ➨ pression hydrostatique
! Sollicitation sismique➨ ➨ pressions variables(approche réglementaire)
! Pilotage du chargement (évolution quasistatique)
( ) ( ) ( ) ( )( )( ) ( ) ( ) ( )( )
( )
( )( )
C , P P P , P
C , P P P , P
P
P
P ,P
0
1
θ λ θ
θ λ θ
λθ
z z z z
z z z z
z
zz
g h i v
g h i v
g
h
i
v
= + ⋅ + ±
= + + ⋅ ±
Avec :
: poids propre
: pression hydrostatique : coefficient de pilotage du chargement
: représente l'accélération horizontale : représente l'accélération verticale
Pressions suiveusesPressions suiveuses
EDF R&D/AMA
Code_AsterCode_AsterDiscrétisation EF du problème mécanique
! Maillage de référence (55000ddl)! Mailleur : CASTEM2000! Eléments COQUE_3D
Détail des ancrages
M
EDF R&D/AMA
Code_AsterCode_AsterCalculs Code_Aster : qualification de la discrétisation
! Analyse modale ! Flambage d’Euler (élastique)
Charge critique
Maillage complet(220000ddl)
2,33*SDD
Demi-maillage de réf.(55000ddl)
2,38*SDD
ABAQUS (INSA Lyon) 2,37*SDD
EDF R&D/AMA
Code_AsterCode_AsterCalculs élastoplastiques
Stratégie de résolution dans Code_Aster NEW6
STAT_NON_LINE
Calcul quasistatiqueincrémental par méthode
de résidu en équilibre
Pilotage en effort
STAT_NON_LINE
Calcul quasistatiqueincrémental par méthode
de résidu en équilibre
Pilotage en effort
Coques volumiques‘COQUE_3D’
Coques volumiques‘COQUE_3D’
COMP_INCR
RELATION=
‘VMIS_ISOT_TRAC’
DEFORMATION=
‘GREEN_GR’
COMP_INCR
RELATION=
‘VMIS_ISOT_TRAC’
DEFORMATION=
‘GREEN_GR’
Chargement suiveur :TYPE_CHARGE=‘SUIV’
Chargement suiveur :TYPE_CHARGE=‘SUIV’
NEWTON
Matrice tangente réactualiséePREDICTION=‘TANGENTE’
MATRICE=‘TANGENTE’
NEWTON
Matrice tangente réactualiséePREDICTION=‘TANGENTE’
MATRICE=‘TANGENTE’
SOLVEUR
METHODE=‘MULT_FRONT’
RENUM=‘METIS’
SOLVEUR
METHODE=‘MULT_FRONT’
RENUM=‘METIS’
CONVERGENCE
RES_GLOB_RELA=1.E-6
CONVERGENCE
RES_GLOB_RELA=1.E-6
EDF R&D/AMA
Code_AsterCode_AsterCalculs élastoplastiques
! Déversement du réservoir (déplacement du point M)Flambement élastoplastique : influence pression fixe / pression suiveuse
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,016
DX en PANN2V (mm)
lambda
fep_c1ps*fep_c1pf*
Charge ultime : 1,10*SDD
(ABAQUS : 1,17*SDD)
< Charge Euler / 2
Déplacement
Cha
rge
Note : sur ce critère, l’influence de l’aspect suiveur en pression est faible
EDF R&D/AMA
Code_AsterCode_AsterCalculs élastoplastiques
! Isovaleurs de déformation plastique cumulée
MLocalisation de la plasticité dans un pli
➨ ➨ déversement du réservoir
EDF R&D/AMA
Code_AsterCode_Aster
Deformation totale
Con
trai
nte
(MP
a)
EDFElectricitéde France
Departement AMVCourbes de traction pour l’acier 304L
agraf 16/01/2002 (c) EDF/DER 1992-1999
Loi realisteLoi mini
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 2 4 6 8 10 12 14 16x10 -2
Courbe de traction 1D
Loi «minimale»
Loi «réaliste»
Déformation totale
Con
trai
nte
Calculs élastoplastiques
! Influence de la loi plastique
Flambement élastoplastique : influence loi de comportement initiale / loi de comportement minimale (RCC-M)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,016
DX en PANN2V (mm)
lambda
fep_c1ps*fep_loi2*
Déplacement au point M
Max : 0,78*SDD
(ABAQUS : 0,77*SDD)
Max : 1,10*SDD
Cha
rge
Déplacement
EDF R&D/AMA
Code_AsterCode_AsterAnalyse des résultats élastoplastiques
! Charge ultime : 0,77*SDD avec loi plastique «minimale» ➨ ➨ nécessité de renforcer le réservoirnécessité de renforcer le réservoir
Sens
longitudinal
Sens
transverse
! Qualification du dimensionnement d’un renfort TFC (fibre de carbone multicouche)
❶ Détermination du nombre de couches
❷ Détermination de la hauteur renforcée
} Etudeparamétrique
EDF R&D/AMA
Code_AsterCode_AsterDimensionnement 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
EDF R&D/AMA
Code_AsterCode_AsterDimensionnement du renfort
déplacement
EDFElectricitéde France
Département AMVLoi minimale : renforcement par TFC (comparaison pour 4 couches et 5m ou 10m de hauteur de renfort)
agraf 28/11/2001 (c) EDF/DER 1992-1999
Sans renfortRenfort par cables horizontauxRenfort isotropeRenfort isotrope 10mRenfort par cables horizontaux 10m
Modélisation du TFC par un réseau decables équivalents ou par un materiauisotrope
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
2 4 6 8 10 12 14x10 -3
Sans renfortRenfort câbles horizontauxRenfort isotrope 5mRenfort isotrope 10mRenfort câbles horizontaux 10m
Département AMALoi minimale : renforcement par TFC (comparaison 4 couches pour 5 ou 10m de hauteur de renfort)
Déplacement
Cha
rge
Charge ultime avec TFC :
~0,92*SDD
ABAQUS : 1,20*SDD
(Loi «réaliste» : ~1.22*SDD)
Gain de 20% avec TFC
EDF R&D/AMA
Code_AsterCode_AsterDimensionnement du renfort
! Isovaleurs de déformation plastique cumulée pour 1*SDD
GIBI FECIT
VAL − ISO
>−1.84E−06
< 1.57E−03
−5.40E−05
2.27E−05
9.95E−05
1.76E−04
2.53E−04
3.30E−04
4.06E−04
4.83E−04
5.60E−04
6.37E−04
7.14E−04
7.90E−04
8.67E−04
9.44E−04
1.02E−03
1.10E−03
1.17E−03
1.25E−03
1.33E−03
1.40E−03
1.48E−03
1.56E−03
1.63E−03
1.71E−03
1.79E−03
1.86E−03
AMPLITUDE
DEFORMEE
2.00E+02
Avec renfortSans renfort
Localisation dans un pli
Clip cinéma
EDF R&D/AMA
Code_AsterCode_AsterDimensionnement 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 6.2.13)
EDF R&D/AMA
Code_AsterCode_AsterValidation sur le modèle de référence
Deplacement de M, suivant x (m.)
Cha
rge
(*S
DD
)
EDFElectricitéde France
Departement Analyse Mecanique et AcoustiqueCalculs elastoplastiques avec la loi minimale RCC-M, chargement C1PS1 sur modele de reference, nu=0.3
agraf 07/02/2002 (c) EDF/DER 1992-1999
Sans renfortTFC isotrope (4 couches sur 10m.)TFC orthotrope, G_LT=G_TN=5.8GPaTFC orthotrope, G_LT=5.8GPa, G_TN=40.4GPaTFC orthotrope, G_LT=G_TN=40.4GPa
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0 5 10 15 20x10 -3
Département AMALoi minimale : renforcement par TFC (comparaison 4 couches jusqu’à 10m)
Déplacement
Sans renfortTFC isotropeTFC orthotrope GLT=GTN=5,8GPaTFC orthotrope GLT=5,8GPa, GTN=40GPaTFC orthotrope maxi GLT=GTN=40,4GPa
Cha
rge
Charge ultime sans TFC :0,61*SDD(ABAQUS : 0,62*SDD)
Charge ultime avec TFC :1,12*SDD(ABAQUS : 1,2*SDD)
EDF R&D/AMA
Code_AsterCode_AsterConclusion 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 6.2.13
! Application à une problématique industrielle réaliste (jusqu’à 110000ddl, temps CPU~30h)
! Cohérence avec ABAQUS (INSA de Lyon)
EDF R&D/AMA
Code_AsterCode_Aster...Perspectives! Validation du choix coques minces
! Comparaison avec calcul EF massifs
! 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
! Calcul dynamique sous séisme (accélérogramme) avec interaction sol-structure (couplage Code_Aster/MISS3D)
! Calcul couplé IFSS jusqu’au postcritique! Pilotage de l’algorithme de résolution (longueur d’arc)
! Description ALE du domaine fluide
Résultat sous peu
Disponible
Disponible
Disponible
Disponible
A faire...