Enquête sur les différences entre les simulations d'analyse de l'intégrité structurale en cas de coups de bélier et résultats des tests de vibration

Résumé du document technique présenté à la :
17^e Conférence internationale sur le génie nucléaire (ICONE 17)
Bruxelles, Belgique
Du 12 au 16 juillet 2009

Rédigé par :
Khalid Chaudhry et Andrei Blahoianu
Commission canadienne de sûreté nucléaire
Ottawa (Ontario), Canada

Résumé

Lors de la vérification de la conception du système caloporteur primaire (SCP) concernant les coups de bélier résultant d'une ouverture soudaine des soupapes de sûreté, on a découvert que le programme d'analyse linéaire des conduites par éléments finis, que l'on a largement suivi par le passé, donnait des prévisions trop prudentes.

En surestimant les tensions mécaniques dans les conduites, les résultats ne répondaient pas aux limites établies par l'équation 9 du code de l'ASME, section III, sous-section NB-3652 pour la contrainte de fonctionnement de niveau B. Au cours de l'enquête visant le respect des limites du code ASME, le titulaire de permis a effectué une série de tests avec des coups de bélier contrôlés sur des conduites bien surveillées du SCP et a mesuré les déplacements des conduites.

Les courbes pression-temps résultant de ces tests avec coups de bélier ont ensuite été utilisées comme données d'entrée dans les analyses linéaires standard des conduites afin de comparer les résultats des simulations avec les déplacements mesurés. On a observé que les résultats des simulations surestimaient fortement le déplacement des conduites, c'est-à-dire par un facteur de 5.

Un examen plus approfondi des résultats d'analyse a révélé l'existence d'un mode unique de vibration dominant responsable de la quasi-totalité des déplacements des conduites du SCP en cas de coups de bélier. On a installé un dispositif de retenue hypothétique dans le sens des vibrations de la conduite et on a répété l'analyse linéaire.

On a constaté que la simulation des réactions des conduites au moyen d'un dispositif de retenue modifié concordait mieux avec les déplacements observés lors des tests. Suite à l'utilisation de ce dispositif de retenue hypothétique, on a conclu que le frottement entre les supports et les conduites est le principal facteur qui amortit les oscillations des conduites. C'est pourquoi les déplacements observés durant les tests sont plus faibles que ceux prévus par l'analyse linéaire, laquelle ne tient pas compte du frottement entre les conduites et leurs supports de guidage.

Ce document examine de façon plus approfondie l'apport de l'amortissement structural, les effets de frottement entre les conduites et leurs supports (utilisation d'éléments de contact), les interactions entre le fluide et la structure. On y aborde aussi les questions liées à l'utilisation du frottement dans des analyses non standard « modifiées » visant à mieux prévoir la réaction des conduites aux charges transitoires attribuables aux coups de bélier.

Acronymes

ASME : American Society of Mechanical Engineers
SCP : système caloporteur primaire

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