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IRSN, Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire

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Enhancing Nuclear Safety


Research

Theses in progress

Multi-level adaptive refinement method for cracking of heterogeneous materials


Host laboratory: ​​​Material Physics and Thermal-Mechanics Laboratory (LPTM)

Beginning of the thesis: October 2014

Student name: Éric Delaume


Subject description


Afin d’anticiper les effets du vieillissement des centrales électronucléaires, l’IRSN s’intéresse aux recherches avancées sur le vieillissement du béton (enceinte de confinement) et des composants métalliques (cuve, interne de cuve et générateur de vapeur). L’approche micromécanique développée par l’IRSN en collaboration avec le Laboratoire de Mécanique et de Génie Civil de Montpellier dans le cadre des recherches relatives à la sûreté des réacteurs à eau sous pression pour l’analyse des tenues des gaines de combustible lors de transitoires accidentels peut être appliquée aux problématiques liées au vieillissement des matériaux. L’approche, basée sur les notions de modèles de zone cohésive frottante (MZCF), a été développée par l’IRSN. Cette approche repose sur un découplage du comportement en une partie volumique, décrivant le comportement des mailles et une partie surfacique décrivant la fissuration entre les mailles. Elle permet l’étude fine de l’initiation, de la propagation de multifissures ainsi que des phénomènes post ruptures (contact, frottement, cicatrisation,…). Cependant, les temps de calcul sont élevés pouvant atteindre plusieurs semaines en 2D.


L’objectif de la thèse est de réduire les temps de calculs liés à cette approche, tout en conservant la même précision. La stratégie adoptée est l’adaptation de la résolution fine en espace dans les zones d’intérêt à l’aide de techniques de raffinement local adaptatif : au cours du calcul, le maillage est raffiné dans les zones d’intérêt suivant un indicateur. L’indicateur de raffinement est fourni par la méthode « d’Eigenerosion », peu coûteuse numériquement. Les méthodes de raffinement de maillage envisagées sont la méthode Conforming Hierarchical Adaptive Refinement MethodS (CHARMS) basée sur le dé/raffinement des fonctions de base ou la méthode Hanging Nodes (HN) reposant sur une interpolation des fonctions de bases. Ces méthodes permettent de prendre en compte des maillages non conformes géométriquement et en particulier ne présentent pas les inconvénients des méthodes de remaillage.


Dans un premier temps, le raffinement de maillage adaptatif est appliqué aux méthodes d’ « Eigenerosion ». Puis, la méthode sera étendue aux modèles de zones cohésives, afin de réaliser des études fines 3D de fissuration de matériaux hétérogènes soumis à des chargements représentatifs de transitoires accidentels.


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