Soutenance de thèse de Thomas CATTEROU

La compréhension des phénomènes ayant lieu dans les structures à contacts multiples est un défi technologique majeur. Les pastilles combustibles du RNR (réacteurs à neutrons rapides) ASTRID sont introduites dans de grands tubes élancés appelés aiguilles assemblées en faisceau dans un tube hexagonal. L'estimation des contraintes dans les aiguilles lors de chargements dynamiques est essentielle pour les études de sureté du projet. Des essais expérimentaux sur le banc CARNAC ont été conduits pour comprendre le comportement dynamique d'une aiguille avec ces pastilles. Un amortissement non-linéaire des aiguilles est expliqué par la présence de frottement entre les pastilles et une analyse des fréquences lors de chocs est menée. Puis un modèle numérique a été choisi pour simuler le lâcher d'un assemblage contre une butée avec pour objectif de prendre en compte un grand nombre de contacts internes rapidement et précisément. La méthode numérique a été validée analytiquement et expérimentalement. Cette étude a mené à une méthodologie de choix des paramètres numériques pour assurer la précision et la stabilité des calculs. Les forces de contact et les déplacements des aiguilles du banc CARNAC ont été bien prédites numériquement. Des modèles numériques simplifiés ont été conçu pour comprendre les phénomènes physiques agissant dans les systèmes multi-contacts. Chacun de ces phénomènes dynamiques a un temps caractéristique qui lui correspond, et il est donc possible d'analyser l'influence des phénomènes prépondérants lors d'une sollicitation. Les jeux dans le faisceau génèrent des résonances courtes et locales qui peuvent augmenter les forces de contacts si le jeu est faible. Un modèle multicontact analytique réduit a été utilisé pour interpréter ce résultat. Pour finir, l'intégralité de l'assemblage est modélisée par éléments finis. Une méthode de sous-structuration est utilisée pour calculer sa base modale rapidement. Une loi d'effort précise permet de bien représenter les contacts aiguilles-aiguilles et aiguilles-TH. Les déplacements, l'énergie et les forces de contact sont analysés avec ou sans jeux de montage. Les résultats numériques sont comparés à des essais réalisés au CEA et montrent une bonne correspondance avec les résultats expérimentaux. Le comportement cinétique moyen de l'assemblage peut être approximé par un modèle poutre simple en considérant les aiguilles solidaires. Les efforts dans le faisceau peuvent être estimés de façon conservative grâce à un modèle de faisceau réduit proposé dans cette thèse.

Understanding of phenomena taking place in a structure with multiple clearances is an industrial challenge. The fuel pellets in the SFR (Sodium-cooled Fast Reactor) prototype ASTRID are enclosed in small and long pins which form a bundle inside a hexagonal assembly. The assessment of stresses in the pins during dynamic loadings is essential for the safety studies of the project. Experimental tests on the test bed CARNAC have been conducted to understand the dynamical behavior of fuel pin with their pellets. Non-linear damping of the pin due to the presence of friction between fuel pellets has been identified and a frequency analysis has been completed. Then a numerical model has been chosen to simulate the release of an assembly against a stop. The difficulty is to simulate the dynamical behavior of a structure with a huge number of internal contacts. Numerical method has been validated on a basic problem with a reference semi-analytical method. This study leads to a numerical parameters choice methodology to ensure accuracy and stability of computation. Contact forces and displacements of CARNAC test bed are well predicted by the numerical method. Simplified models of the pin bundle are created to understand dynamical phenomena of a multicontact system. Several characteristic times are identifiable, due to the different waves and physical phenomena caused by the shock. Clearances in the bundle generates local and short resonances which can lead to increased contact forces amplitude if clearances are small. A analytical reduced multicontact model is used to interpret this result. Then, the whole assembly is modeled. Sub-structuring to accelerate computation and a precise contact law representative of the pin to pin contacts are used. Displacements, energy and contacts force are analyzed with or without clearance. Numerical results are confronted to a previous experiment made in the CEA and provide a very good fit. The average kinetic behavior of assembly is well approximated by a beam structure, if pins are linked. Contact forces are well assess with conservatism using simplified model of a pin row.