Analyse par éléments finis de structures de béton armé sous l'impact d'un missile au moyen d'une technique de sous modélisation

Résumé d’un document technique présenté dans le cadre de la :
Conférence SMiRT 25
Charlotte (Caroline du Nord), États-Unis
Du 4 au 9 août 2019

Préparé par :
Genadijs Sagals, Nebojsa Orbovic et Christopher Cole
Commission canadienne de sûreté nucléaire

Résumé

Le document visé décrit les travaux menés par la Commission canadienne de sûreté nucléaire (CCSN) sur les simulations numériques du comportement des structures en béton armé sous l’impact d’un missile déformable. Il s’agit de la suite des travaux réalisés dans le cadre de la phase 3 du projet de référence IRIS (de l’anglais Improving Robustness Assessment Methodologies for Structures Impacted by Missiles ou renforcement des méthodes d’évaluation de la solidité des structures touchées par des missiles) de l’OCDE/AEN .

La maquette de béton, à laquelle deux structures simples ont été fixées, l’une soudée et l’autre boulonnée, a été bâtie et mise à l’essai au Centre de recherche technique VTT situé à Espoo, en Finlande. Elle a ensuite subi à trois reprises l’impact d’un missile à des vitesses variables afin d’obtenir une accumulation des dommages. Pour examiner la transmission des vibrations dans la maquette, l’équipement de modélisation de structures simples a été fixé au mur arrière de la structure, alors que les missiles ont frappé le centre du mur avant. Les paramètres des missiles et des structures en béton armé ont été choisis de manière à assurer la flexibilité de la cible en béton armé dans la zone d’impact dans des conditions de dommages modérés seulement, plus particulièrement des fissures et déformations permanentes, sans perforation.

La modélisation détaillée de vastes structures en béton armé et de tout l’équipement aboutit à un très gros modèle d’éléments finis (EF). Par conséquent, les travaux visaient principalement à créer un modèle d’EF à deux niveaux au moyen d’une approche courante de sous-modélisation : d’abord, analyser les vibrations d’une structure en béton armé en modélisant de l’équipement simplifié, puis analyser en détail l’équipement fixé. Cette approche est fondée sur le comportement dynamique non couplé de la structure et de l’équipement.

Le comportement dynamique non linéaire des dalles en béton armé sous l’impact d’un missile a été analysé au moyen du logiciel commercial à éléments finis (EF) LS-DYNA. Des modèles d’EF solides en 3D et d’EF de la coque en 2D ont été utilisés en vue de discrétiser la cible. Étant donné que ces travaux visent principalement à modéliser la structure entière sur de longues périodes, un modèle simplifié combiné d’EF solides/de la coque assorti à une armature répartie ont été choisis et validés. Ce modèle est fondé sur des EF solides autour d’une zone d’impact et des EF de la coque pour le reste de la maquette.

Les prédictions d’EF « à l’aveugle » (sans connaître les résultats des essais) ont été comparées aux résultats des essais réalisés au centre VTT. Le modèle d’EF a ensuite été modifié en conséquence afin de mieux s’adapter aux données tirées des essais. Les résultats du modèle ainsi modifié concordent bien avec ceux des essais, tant en ce qui a trait au comportement global (maquette en béton armé) que local (équipement). Afin de choisir des lignes de coupe adéquates pour les sous-modèles, on a réalisé une analyse de la sensibilité, dont les résultats démontrent que les lignes de coupe devraient passer uniquement par des sections non fissurées du béton.

Pour obtenir une copie du document correspondant au résumé, communiquez avec nous à cnsc.info.ccsn@cnsc-ccsn.gc.ca ou en composant le 613 995 5894 ou le 1 800 668 5284 (au Canada). Veuillez fournir le titre et la date du résumé.