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

Résumé d’un document technique/de la présentation technique à la :
6^e Conférence internationale sur les structures de protection (ICPS6),
Du 14 au 17 mai 2023,

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

Résumé

Le présent article décrit les travaux menés par la Commission canadienne de sûreté nucléaire (CCSN) pour mieux comprendre le comportement des structures en béton armé sous l’impact de missiles au moyen de simulations numériques et de comparaisons avec des résultats d’essais Une analyse par éléments finis de l’impact des missiles a été réalisée. La propagation subséquente des vibrations causées par l’impact dans la structure en béton armé et des vibrations après impact de l’équipement simplifié fixé a également été étudiée. Plusieurs hypothèses et simplifications ont été proposées afin de réduire considérablement le temps de modélisation pour les grandes structures, comme décrit plus bas. Les prédictions des éléments finis ont été comparées aux résultats d’essais.

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 été frappée par trois missiles consécutifs à des vitesses variables afin d’obtenir une accumulation des dommages. Pour examiner la transmission des vibrations dans la maquette, deux structures simples imitant de l’équipement soudé et boulonné ont été fixées 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 de missiles 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 fixé aboutit à un très gros modèle d’EF. Par conséquent, nous avons utilisé une approche de la modélisation d’EF à deux niveaux fondée sur la sous-modélisation : d’abord, les vibrations d’une structure en béton armé dotée d’un modèle d’équipement simplifié ont été analysées, puis une analyse détaillée de l’équipement fixé a été réalisée. 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, en ce qui a trait au comportement tant global (maquette en béton armé) que local (équipement).

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