Analyse par éléments finis (AEF) simplifiée de l'impact des missiles sur les structures en béton armé dotées d'équipement fixé

Résumé d’un document technique/de la présentation technique au :
19e symposium international sur l’interaction des effets des munitions sur les structures (ISIEMS 19), 19 au 23 septembre 2022, Dresde, Allemagne

Préparé par :
Genadijs Sagals et Thambiayah Nitheanandan
Commission canadienne de sûreté nucléaire (CCSN)

Résumé

Le présent article décrit les travaux menés par la Commission canadienne de sûreté nucléaire (CCSN) pour améliorer la compréhension du comportement des structures en béton armé sous l’impact d’un missile au moyen de simulations numériques et de la comparaison aux résultats d’essai. Pour ce faire, nous avons procédé à une analyse par éléments finis. La propagation subséquente des vibrations produites par l’impact dans la structure en béton armé et des vibrations après impact dans l’équipement fixé a également été examinée. Plusieurs hypothèses et simplifications ont été introduites pour réduire de manière significative la durée de modélisation pour les grandes structures, comme décrit ci-après. Nous avons comparé les prédictions des éléments finis aux résultats d’essai.

Nous avons bâti et mis à l’essai, au Centre de recherche technique VVT situé à Espoo, en Finlande, une maquette de béton à laquelle deux structures simples ont été fixées (l’une soudée et l’autre boulonnée). Cette maquette a ensuite subi à trois reprises l’impact d’un missile à diverses vitesses afin d’obtenir une accumulation des dommages. Afin d’examiner la transmission des vibrations dans la maquette, deux structures simples répliquant l’équipement soudé et boulonné ont été fixées au mur arrière de la structure, et 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).

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