Applicabilité d'une technique de sous-modélisation à l'analyse dynamique des structures en béton dotées d'équipement fixé sous l'impact d'un missile

Résumé de la présentation/du document technique présenté lors de la :
26e Conférence internationale sur la mécanique des structures dans la technologie des réacteurs
Berlin, Allemagne, du 8 au 13 août 2021

Préparé par : Genadijs Sagals, Nebojsa Orbovic et Thambiayah Nitheanandan
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 VVT 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.

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. Un modèle combiné d’EF fondé à la fois sur les modèles d’EF solides en 3D et d’EF de la coque en 2D a été mis au point en vue de discrétiser la cible. Étant donné que les travaux visent principalement à modéliser la structure entière sur de longues périodes, nous avons choisi et validé un modèle simplifié combiné d’EF solides/de la coque assorti à une armature répartie. 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.

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, nous avons utilisé une approche de la modélisation d’EF à deux niveaux fondée sur la 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. Bien que la technique de sous-modélisation soit couramment utilisée dans le cadre de l’analyse statique, une analyse de sensibilité spéciale a été réalisée afin de démontrer l’applicabilité de la sous-modélisation dans le cadre de l’analyse de l’impact.

Enfin, nous avons examiné l’effet de l’amortissement structural et choisi la meilleure méthode d’amortissement possible. Les sous-modèles et valeurs d’amortissement sélectionnés concordaient relativement bien avec les résultats des essais, tant en ce qui a trait au comportement global (maquette en béton armé) que local (équipement).

Tous les SSC conçus pour exécuter une fonction de sûreté fondamentale (c.-à-d., une exigence fondamentale) en cas de séisme de dimensionnement ou après un tel séisme sont également considérés comme des composants de systèmes de sûreté.

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