Développement et réalisation de méthodologies expérimentales (spécifiques) dédiées à l’examen et à la réévaluation des approches codifiées assurant l’intégrité de composants industriels soumis à des chargements complexes avec prise en compte de l’environnement

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Développement et réalisation de méthodologies expérimentales (spécifiques) dédiées à l’examen et à la réévaluation des approches codifiées assurant l’intégrité de composants industriels soumis à des chargements complexes avec prise en compte de l’environnement

Directeur de thèse: Gardin, Catherine
Numéro de rapport: FRCEA-TH--15016
Description physique: 145 p.
Type de document: Thèse ; Thèse CEA

Mots-clés: propagation de fissures ; amorçage ; chargements complexes ; flexion ; codes informatiques ; simulation par ordinateur ; déformation ; élasticité ; méthode des éléments finis ; vie moyenne ; essais non destructifs ; plasticité ; réacteurs de la filière eau sous pression ; propriétés concernant le cisaillement ; acier inoxydable 304L ; acier inoxydable 316L ; écrouissage ; propriétés concernant la traction ; fatigue thermique ; initiation ; complex loadings ; bending ; compression ; computer codes ; computerized simulation ; crack propagation ; deformation ; elasticity ; finite element method ; lifetime ; nondestructive testing ; plasticity ; PWR type reactors ; ruptures ; shear properties ; stainless steel-304L ; stainless steel-316L ; strain hardening ; tensile properties ; thermal fatigue
Classification INIS: MATERIALS SCIENCE

Résumé: L’industrie nucléaire porte un intérêt tout particulier aux problèmes d’intégrité des structures, consciente des conséquences catastrophiques qu’entraînerait un accident majeur. Tout est mis en oeuvre pour réduire au maximum les risques d’une telle situation. Ainsi dès la conception, et tout au long de la durée de vie, un niveau de sûreté est exigé et vérifié par les autorités, sur la base de dossiers présentés par l’exploitant. Ces interactions continues sont génératrices de travaux de R et D en support. On peut citer notamment la problématique de la fatigue thermique dans les zones de mélange qui est réapparue lors de situations non encore envisagées (à l’origine de l’arrêt de la centrale de Civaux en 1998), ou encore l’amélioration des connaissances des phénomènes déjà identifiés et codifiés (cas de la cuve des Réacteurs à Eau Pressurisée). Certains de ces travaux ont une portée conséquente car ils sont le socle du développement, de la validation puis de la codification de règles et critères pour l’analyse d’Intégrité des structures métalliques. Ces structures, souvent de grandes dimensions, sont soumises lors de leur cycle de fonctionnement à des chargements complexes combinant des chargements mécaniques variables, multiaxiaux, avec des valeurs moyennes non nulles associées à des fluctuations de températures. Avant d’appliquer les concepts et méthodes observés sur des éprouvettes analytiques à ces structures, il est nécessaire de les consolider par la mise en oeuvre d’une approche originale associant essais sur quasi-structures, essais de caractérisation sur éprouvettes et interprétations fines par le calcul aux éléments finis. Il convient alors de mettre en place des moyens expérimentaux permettant d’examiner et de réévaluer les approches codifiées assurant l’intégrité de composants industriels soumis à des chargements complexes avec prise en compte de l’environnement. Parmi les équipes du CEA concernées par cette thématique, le Laboratoire d’Intégrité des Structures et de Normalisation du CEA, a pour vocation d’étudier les problèmes d’Intégrité des structures nucléaires métalliques en s’appuyant principalement sur des moyens expérimentaux exceptionnels: la plateforme expérimentale RESEDA permet de mettre en oeuvre des essais à l’échelle ou analytiques (représentatifs des phénomènes recherchés) afin de reproduire les situations industrielles, associés à des équipements d’instrumentation et d’analyse variés et performants. Ce document regroupe l’essentiel de mes activités de recherche au CEA concernant l’étude de l’amorçage et de la propagation de fissures sous chargements complexes.
Abstract: The nuclear industry has a particular interest in structural integrity issues, aware of the catastrophic consequences that would result from a major accident. Every effort is made to minimize the risks of such a situation. Thus, from the design stage, and throughout the life cycle, a level of safety is required and verified by the authorities, on the basis of files submitted by the operator. These continuous interactions generate supporting R and D work. In particular, the problem of thermal fatigue in the mixing zones which reappeared in situations not yet envisaged (at the origin of the shutdown of the Civaux power plant in 1998), or the improvement of knowledge of phenomena already identified and codified (case of the Pressurized Water Reactor vessel). Some of this work has a significant scope as it is the basis for the development, validation and codification of rules and criteria for the integrity analysis of metallic structures. These structures, often of large dimensions, are subjected during their operating cycle to complex loads combining variable, multi-axial mechanical loads, with non-zero average values associated with temperature fluctuations. Before applying the concepts and methods observed on analytical specimens to these structures, it is necessary to consolidate them by implementing an original approach combining tests on quasi-structures, characterization tests on specimens and fine interpretations by finite element calculation. Experimental means should then be set up to examine and re-evaluate codified approaches ensuring the integrity of industrial components subjected to complex loading with consideration of the environment. Among the CEA teams concerned by this topic, the Structural Integrity and Standardization Laboratory of the CEA, is dedicated to study the problems of Integrity of metallic nuclear structures by relying mainly on exceptional experimental means: the experimental platform RESEDA allows the implementation of scale or analytical tests (representative of the sought-after phenomena) in order to reproduce the industrial situations, associated with varied and high-performance instrumentation and analysis equipment. This document gathers the main part of my research activities at CEA concerning the study of crack initiation and propagation under complex loads.

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