Redistribution des contraintes attribuables au fluage et à la relaxation autour d'une entaille soumise à une tension – Mesures et modélisation

Résumé du document technique présenté à la :
Conférence de l'American Society of Mechanical Engineers (ASME)-PVP2009, cuves sous pression et tuyauterie
Prague, République tchèque
Du 26 au 30 juillet 2009

Rédigé par :
Nicholas Christodoulou
Commission canadienne de sûreté nucléaire
Ottawa (Ontario), Canada

Résumé

La majorité des composants sous pression qui se trouvent dans le cœur d'un réacteur de puissance CANDU sont en zirconium. Les composants des canaux de combustible horizontaux et les grappes de combustible qui contiennent du combustible à l'uranium naturel sont composés de matériaux à teneur variable en zirconium. Un canal de combustible se compose essentiellement de deux tubes concentriques : un tube de force sous pression (Zr-2,5 %Nb), qui contient les grappes de combustible (Zr-4) et le fluide caloporteur primaire (eau lourde) en recirculation, et un tube de calandre de grand diamètre (en zircaloy) qui entoure le tube de force et le sépare du modérateur (eau lourde). Le rechargement de combustible et les autres opérations relatives à sa gestion peuvent entraîner des défaillances à la surface des tubes et dans la gaine entourant les grappes de combustible. Dans certains cas, l'analyse des contraintes exercées sur ces petites entailles peut indiquer que des fissures se sont formées à la racine des entailles. Ces défauts se trouvent à des emplacements où il y a concentration des contraintes dans le tube de force sous pression et peuvent donner lieu à un mécanisme de défaillance connu sous le nom de fissuration par hydruration retardée. Les propriétés anisotropiques des composants refermant du zirconium ajoutent à la complexité des analyses. Cependant, la présence de ces défauts qui limitent la durée de vie des conduites semble être réduite par certains facteurs, comme la relaxation des contraintes autour des entailles. L'une des raisons les plus probables pouvant expliquer cette relaxation est le fluage thermique. Antérieurement [1], on a étudié les mesures et la modélisation de la relaxation et du fluage thermique dans des conditions de déplacement constant à l'aide de modèles 2D à éléments finis (EF). Le présent document élargit l'application de la mesure et de la modélisation de la relaxation des contraintes et du champ de déformation à la condition limite plus contraignante que représente l'application d'une charge constante. On a recours à la diffraction des neutrons pour déterminer le champ de déformation autour d'une éprouvette comportant une seule entaille et orientée axialement et soumise à un effort de traction. L'orientation de l'éprouvette et la configuration de la charge sont modélisées en trois dimensions à l'aide d'un programme hybride explicite à EF [2] qui contient des sous-programmes décrivant le fluage sous contraintes élevées mis au point spécialement pour simuler la réaction en fluage des matériaux hautement anisotropiques constituant le tube de force. En dépit de la difficulté inhérente à l'obtention d'une délimitation précise du champ de contraintes en mouvement, une bonne concordance entre les mesures et les résultats pour le fluage 3D à EF a été obtenue. À l'aide des sous-programmes sur le fluage, les modèles à EF sont employés pour examiner la réponse en fluage d'une entaille unique sur une éprouvette orientée transversalement et assujettie à des contraintes de traction dans la circonférence de l'anneau.

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