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R.Fernandes – 16 Mars 2010 – Modélisation de la déformation d’assemblages combu

R.Fernandes – 16 Mars 2010 – Modélisation de la déformation d’assemblages combustibles d’une centrale REP 1/16 Modélisation de la déformation d’assemblages combustibles d’une centrale REP Activité dans le cadre du projet MADRAS : Maintien Axial, Déformations, Robustesse des Assemblages combustibles sous Sollicitations thermo-hydrauliques Roméo FERNANDES, Erwan GALENNE, Vincent GODARD, Raphaël PERONY (AMA) Benoit LEVASSEUR, Jean-Philippe ARBEY (SEPTEN) R.Fernandes – 16 Mars 2010 – Modélisation de la déformation d’assemblages combustibles d’une centrale REP 2/16 Qu’est-ce qu’un Assemblage Combustible Schéma d'un réacteur à eau pressurisée Vue d’un Assemblage Combustible Dimensions : 4-5 m de haut 264 crayons combustibles (½ tonne d’uranium) 25 tubes 20 cm de côté 8-10 grilles de maintien R.Fernandes – 16 Mars 2010 – Modélisation de la déformation d’assemblages combustibles d’une centrale REP 3/16 o Pour des raisons de sûreté nucléaire : ⇒en cas de mauvaise insertion des AC dans le cœur ⇒difficulté d’insertion des grappes de commande o Pour des raisons économiques liées à la difficulté de la manutention Illustrations : Quelques exemples des difficultés d’extraction/d’insertion des AC Accrochage/Endommagement de grilles à la décharge/recharge du cœur Les déformations d’Assemblages Combustibles sont la cause de difficultés de manutention coûteuses en temps lorsqu'il faut mettre en œuvre des parades. Pourquoi EDF s’intéresse aux déformations des Assemblages Combustibles R.Fernandes – 16 Mars 2010 – Modélisation de la déformation d’assemblages combustibles d’une centrale REP 4/16 Objectifs technique Comprendre les phénomènes multi-physiques qui conduisent aux déformations des assemblages combustibles en cœur (mécanique, thermique, hydraulique, Interaction Fluide-Structure, matériaux…) Développer des outils numériques pour évaluer par la simulation les amplitudes et le type des déformées : • pour aider à la compréhension des phénomènes physiques (approche expérimentale nécessairement incomplète) • pour expertiser les nouvelles conceptions proposées par les fournisseurs R.Fernandes – 16 Mars 2010 – Modélisation de la déformation d’assemblages combustibles d’une centrale REP 5/16 Méthodologie de travail mise en oeuvre Méthodologie de travail mise en oeuvre Les différentes étapes de la modélisation : Développement d’un modèle représentatif du comportement purement mécanique d’un AC Prise en compte de l’impact de l’irradiation Extension du modèle d’un AC au coeur complet (pour prendre en compte tous les phénomènes physiques) : Contact entre assemblages et avec le cloisonnement de la cuve Chargement hydraulique due à la circulation de fluide dans la cuve Comparaison des solutions numériques par rapport aux mesures in-situ R.Fernandes – 16 Mars 2010 – Modélisation de la déformation d’assemblages combustibles d’une centrale REP 6/16 Nécessité d’une modélisation simplifiée Nécessité d’une modélisation simplifiée Le premier modèle (début des années 90) représentatif du comportement d’un assemblage combustible dans Code_Aster était constitué de 81.748 ddls. Les performances numériques étaient telles qu’il avait été estimé à 6 mois de temps CPU pour la réalisation d’une simulation sur coeur complet. Une première version simplifiée d’un assemblage combustible a ensuite été proposée (fin 90). Celle-ci comportait 1.740 ddls. La version actuelle a été revisitée et comporte 800 ddls par AC. => Une précision sur les temps de calcul est donnée en fin de présentation R.Fernandes – 16 Mars 2010 – Modélisation de la déformation d’assemblages combustibles d’une centrale REP 7/16 Modélisation d’un Assemblage Combustible Modélisation d’un Assemblage Combustible Une poutre équivalente pour modéliser les 25 tubes Une poutre équivalente pour modéliser les 264 crayons combustibles Prise en compte du fluage et du grandissement des tubes et crayons Relation non-linéaire pour modéliser le comportement des crayons dans leur cellule de grille R.Fernandes – 16 Mars 2010 – Modélisation de la déformation d’assemblages combustibles d’une centrale REP 8/16 Détermination des caractéristiques matériau Détermination des caractéristiques matériau Les caractéristiques mécaniques et matériau sont déterminés analytiquement à partir des données constructeurs. Les paramètres de la liaison grille-crayon sont obtenus par recalage sur des essais de compression axiale, de flexion latérale et sur un calcul des premiers modes de flexion. => Utilisation de la commande MACR_RECAL de Code_Aster R.Fernandes – 16 Mars 2010 – Modélisation de la déformation d’assemblages combustibles d’une centrale REP 9/16 Modélisation du cœur complet Modélisation du cœur complet Principe : duplication de la modélisation mono-assemblage : Prise en compte des contacts inter-AC et entre AC et cuve Prise en compte des efforts hydrauliques dans la cuve Prise en compte de l’effet thermique dans le coeur BRANCHE FROIDE BRANCHE CHAUDE PLENUM INFERIEUR PLENUM SUPERIEUR G1 G10 G9 G8 G7 G6 G5 G4 G3 G2 P.S.C. P.I.C. Illustration des chargements hydrauliques Représentation géométrique 3D du coeur Représentation du coeur (vue de dessus) 1300MWe R.Fernandes – 16 Mars 2010 – Modélisation de la déformation d’assemblages combustibles d’une centrale REP 10/16 Comportement de l’assemblage en coeur Comportement de l’assemblage en coeur Les sollicitations au niveau de chaque AC sont de type : Forces externes : Effort axial de maintien FS Efforts latéraux et axiaux d’interaction avec le voisinage (hydraulique FH + assemblages voisins + cuve) Forces internes : Frictions au niveau des grilles dues au grandissement des crayons Dilatation thermique Forces réparties : Poids de l’AC / Poussée d’Archimède FH ax FS W B FH trans Illustration des sollicitation subies par les AC R.Fernandes – 16 Mars 2010 – Modélisation de la déformation d’assemblages combustibles d’une centrale REP 11/16 Application numérique sur une centrale du parc Application numérique sur une centrale du parc Description • 1er cycle : 205 AC de conception A • 2ème cycle : 52 AC neufs B + 153 AC irradiés A • 3ème cycle : 52 AC neufs B + 52 AC irradiés B + 101 AC irradiés A Hypothèses • Géométrie identique pour les 2 conceptions d’AC • Les jeux sont identiques à chaud/à froid • Chargement hydraulique transverse symétrique par 1/8ème de cœur R.Fernandes – 16 Mars 2010 – Modélisation de la déformation d’assemblages combustibles d’une centrale REP 12/16 Cartographie des déformations après le 1er cycle Cartographie des déformations après le 1er cycle mesures simulation écart mesures / simulation Amplitude des déformations résiduelles de simulation Amplitude des déformations résiduelles des DAMAC • déformations max au centre mais localisations différentes • amplitudes max/moy cohérentes • déformation limitée par les jeux pour la simulation en contradiction avec les mesures (AC de bord) • orientation des déformées très liées à la direction du chargement hydraulique dans la simulation amplitudes des déformations orientation des déformées R.Fernandes – 16 Mars 2010 – Modélisation de la déformation d’assemblages combustibles d’une centrale REP 13/16 Etat initial du 2ème cycle Etat initial du 2ème cycle mesures simulation Amplitude des déformations résiduelles de simulation Amplitude des déformations résiduelles des DAMAC écart mesures / simulation • Etats initiaux différents • Estimation des chargements hydrauliques sans prise en compte de cet état perturbé amplitudes des déformations orientation des déformées R.Fernandes – 16 Mars 2010 – Modélisation de la déformation d’assemblages combustibles d’une centrale REP 14/16 mesures simulation Amplitude des déformations résiduelles de simulation Amplitude des déformations résiduelles des DAMAC Cartographie des déformations après le 2ème cycle Cartographie des déformations après le 2ème cycle écart mesures / simulation • Résultats numérique proche du cycle 1 • Orientation des déformées semblables au cycle 1 excepté sur les axes verticaux et horizontaux • Impact faible de l’état initial (non pris en compte pour le chargement hydraulique) amplitudes des déformations orientation des déformées R.Fernandes – 16 Mars 2010 – Modélisation de la déformation d’assemblages combustibles d’une centrale REP 15/16 Bilan simulations / mesures sur les 3 cycles Bilan simulations / mesures sur les 3 cycles 16% 11% Moyenne 13% 21% Maximale Cycle 3 19% 15% Moyenne 2% 11% Maximale Cycle 2 3% 2% Moyenne 2% 18% Maximale Cycle 1 Chargement hydraulique n° 2 Chargement hydraulique n° 1 Ecart de la simulation Code_Aster/mesures (en %) Déformation résiduelle Nombre d’inconnues nodales totales : 277.540 ddls Besoin en capacité mémoire : 900 Mo Temps de calcul : ~ 2h (séquentiel) / 1h10min (parallèle/4 procs) Ecarts < 20% R.Fernandes – 16 Mars 2010 – Modélisation de la déformation d’assemblages combustibles d’une centrale REP 16/16 Perspectives Conclusion Conclusion La faisabilité des simulations a été démontrée sur un coeur complet réel pour lequel on dispose d’un retour d’expérience in-situ Les résultats sont globalement cohérent avec les mesures Apport conséquent de la mise en oeuvre d’une modélisation simplifiée pour la réalisation de simulation sur coeur complet Synthèse du modèle de calcul de déformations d’AC Mise en oeuvre d’un outil métier intégré dans la plate-forme SALOME-MECA R.Fernandes – 16 Mars 2010 – Modélisation de la déformation d’assemblages combustibles d’une centrale REP 17/16 Assemblage déformé décalant assemblage voisin Difficulté d’extraction/d’insertion des AC Espace Insuffisant pour insertion Dépose à côté des pions R.Fernandes – 16 Mars 2010 – Modélisation de la déformation d’assemblages combustibles d’une centrale REP 18/16 Accrochage/Endommagement de grilles Mise en place de techniques de récupération pour éviter les risques de corps migrant pendant le fonctionnement de la centrale uploads/Industriel/ 10-fernandes-expose.pdf