Published February 28, 2023 | Version v1
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Developpement and validation of a new methodology to assess ratcheting of PWR components

Description

During the design, construction and operation of a nuclear component, it is necessary to ensure its integrity whatever the operating conditions: nominal or accidental. The demonstration of the components' resistance of the primary and secondary circuits to failure modes is necessary in order to validate the design of these structures. Among the possible failure modes is the phenomenon of ratcheting. The ratcheting check of nuclear power plant structures is mainly investigated by means of simplified methods or a complete inelastic analysis. Nevertheless, these methods are either conservatives or complex to use and implement. In this context, the aim of this thesis is to develop a new industrial design rule and/or new calculation methodology that is applicable to complex structures. The first chapter is addressed to the state of the art, in particular to the ratcheting phenomenon. The second chapter presents the modeling of metallic materials and the numerical methods to simulate cyclic calculations. We propose a new method for accelerating cyclic calculations in order to make the step-by-step integration method faster. The third chapter is devoted to the modeling of COTHAA tests. Constitutive models are evaluated in order to propose a robust model capable of simulating ratcheting. Results predicted by a simplified version of Chaboche model are found in good agreement as compared to experimental measurements. We also show the ability of the new acceleration method to simulate these tests. The fourth chapter is dedicated to the experimental study. We propose a new structural ratcheting test: the DEFPROG test. Secondly, we validate the model proposed in the third chapter on these experimental results. The fifth and last chapter is devoted to the proposal of the new design rule to forecast the risk of ratcheting. We propose and validate a new simplified method, while relying on experimental results and modeling. (author)

Abstract (French)

Lors de la conception, la construction et l'exploitation d'un composant nucleaire, il est necessaire d'assurer l'integrite de celui-ci quelles que soient les conditions de fonctionnement, nominales ou accidentelles. Dans le cadre de la surete, la demonstration de la resistance des composants fondamentaux des circuits primaires et secondaires aux modes de ruine est une necessite pour valider le dimensionnement de ces structures. Parmi les modes possibles de ruine figure le phenomene de deformation progressive. De maniere generale, le dimensionnement en deformation progressive des composants de centrales nucleaires est realise par des methodes simplifiees ou des analyses inelastiques completes. D'un point de vue industriel, les deux types d'evaluation ne sont pas satisfaisantes car elles sont soit trop severes soit trop complexes a mettre en oeuvre. Dans ce contexte, ces travaux de these visent a developper un nouveau critere industriel et/ou une nouvelle methodologie de calcul applicables sur des structures complexes. Le premier chapitre est consacre a l'etude bibliographique, notamment a l'etude du phenomene de deformation progressive. Le deuxieme chapitre presente la modelisation du comportement des materiaux metalliques et les methodes numeriques pour simuler les calculs cycliques. Nous proposons une nouvelle methode d'acceleration des calculs cycliques afin de rendre la methode d'integration pas a pas plus rapide. Le troisieme chapitre est consacree a la modelisation des essais COTHAA. Des modeles de comportement sont evalues afin de proposer un modele capable de decrire la deformation progressive observee sur des structures. Les resultats predits par une version simplifiee du modele de Chaboche sont en bon accord avec les mesures experimentales. Nous montrons egalement l'aptitude de la nouvelle methode d'acceleration a simuler ces essais. Le quatrieme chapitre est dedie a l'etude experimentale. Dans un premier temps, nous proposons un nouvel essai de deformation progressive: l'essai DEFPROG. Dans un second temps, nous validons le modele propose dans le troisieme chapitre sur ces resultats experimentaux. Le cinquieme, et dernier chapitre, est consacre a la proposition de la nouvelle methode pour se premunir contre le risque de deformation progressive. Nous proposons et validons une nouvelle methode simplifiee, tout en s'appuyant sur des resultats experimentaux et des modelisations. (auteur)

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Original title (French)
Developpement et validation d'un nouveau critere de deformation progressive pour les REPs

Publishing Information

Imprint Pagination
164 p.
Report number
FRNC-TH--16303
University
Ecole Centrale de Lyon
Degree
Mécanique etIngénierie

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Notes
69 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses