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IRSN, Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire

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Enhancing Nuclear Safety


Research

Theses in progress

Micromechanical modeling of the ductile damage with a cohesive-volumetric approach: application to the irradiated UO2


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

Beginning of the thesis: October 2016

Student name: Noé Brice NKOUMBOU KAPTCHOUANG


Subject descriptif (in French)
Ce travail de thèse concerne le comportement du combustible nucléaire en dioxyde d'uranium (UO2) lors de transitoires accidentels de puissance. Ce matériau est une céramique poreuse présentant un comportement fragile à basse température et ductile à haute température (température de transition d'environ 1 200 °C). En situation accidentelle de type RIA (Reactivity Initiated Accident), des températures élevées (supérieures à la limite de ductilité) couplées aux chargements mécaniques conséquents peuvent conduire à la fissuration des pastilles de combustible. Une bonne prédiction de cet endommagement est importante afin de mieux caractériser les phénomènes qui génèrent des contraintes thermomécaniques subies par la gaine, la première barrière de sûreté, lors d'un RIA.

Ce travail aborde le thème de la modélisation et de la simulation numérique de l'endommagement et de la rupture ductile à l'aide des modèles de zones cohésives (MZC). Les variables du nouveau modèle devront dépendre de la température afin de simuler l'augmentation de la ductilité avec la température. L'application visée concerne la simulation du gonflement et de la fissuration d'un fragment de céramique poreuse avec cavités sous pression, telle le combustible UO2 irradié lors d'un RIA.

Un premier modèle d'endommagement ductile volumique de type « GTN » (modèle poro-mécanique de Gurson) a été développé sous la forme d'un modèle MZC au moyen d'une analyse micromécanique. Durant la première année de thèse, il est prévu d'implémenter ce nouveau modèle dans le code de calcul XPER (logiciel développé à l'IRSN permettant de simuler la fragmentation dynamique des milieux hétérogènes). Ensuite, la vérification de la pertinence de cette nouvelle classe de modèles et de son implémentation ainsi qu'une première phase de validation sera conduite par comparaison à des essais disponibles dans la littérature. Les perspectives pour la deuxième année de thèse sont relatives à l'identification des paramètres du nouveau modèle pour le matériau d'étude, afin d'aboutir, in fine, à la simu1ation avec XPER d'un morceau de pastille de combustib1e en RIA (troisième année de thèse).


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