Contribution à la modélisation mécanique et numérique de l'interaction pastille-gaine dans les crayons combustibles de réacteurs nucléaires

par Violaine Retel

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur

Sous la direction de Dominique Perreux.


  • Résumé

    Les crayons combustibles des réacteurs à eau pressurisée (REP) sont le siège de la fission nucléaire produisant des éléments souvent instables et radioactifs. Les sollicitations mécaniques sur le tube de gainage sont de plus en plus sévères. Il est par conséquent devenu nécessaire d'une part de simuler le comportement mécanique des gaines avec des modèles permettant d'évaluer des champs de contraintes et de déformations réalistes pour toutes les situations de fonctionnement, et d'autre part d'améliorer conjointement le traitement du moteur de ces sollicitations que constitue la pastille combustible. L'étude s'inscrit dans une démarche globale d'amélioration du traitement de l'interaction pastille-gaine (IPG) dans le code aux éléments finis 1D CYRANO3 d'EDF. Il s'agit de prendre en compte des effets multidirectionnels non axisymétriques dans un contexte d'éléments finis unidirectionnels axisymétriques. L'objectif de ce travail est double. Il consiste, dans un premier temps, à doter le code d'un modèle simulant l'effet de concentration de contraintes sur la gaine, dû à l'ouverture des fissures orthoradiales du combustible. Il s'agit, ensuite, de prendre en compte l'état fragmenté du matériau combustible dans le calucul thermomécanique. Un modèle a été développé, qui permet de simuler la relaxation des contraintes et des déformations dans la pastille, due à la fragmentation. Ce modèle est implémenté dans le code pour deux types de comportement du combustible : élastique et viscoplastique.

  • Titre traduit

    Contribution to numerical and mechanical modelling of pellet-cladding interaction in nuclear reactor fuel rod


  • Résumé

    Pressurised water reactor fuel rods (PWR) are the place of nuclear fission, resulting in unstable and radioactive elements. Today, the mechanical loading on the cladding is harder and harder and is partly due to the fuel pellet movement. Then, the mechanical behaviour of the cladding needs to be simulated with models allowing to assess realistic stress and strain fields for all the running conditions. Besides, the machanical treatment of the fuel pellet needs to be improved. The study is part of a global way of improving the treatment of pellet-cladding interaction (PCI) in the 1D finite elementss EDF code named CYRANO3. Non-axisymmetrical multidirectional effects have to be accounted for in a context of unidirectional axisymmetrical finite elements. The aim of this work is double. Firstly a model simulating the effect of stress concentration on the cladding, due to the opening of the radial cracks of fuel, had been added in the code. Then, the fragmented state of fuel material has been taken into account in the thermomechanical calculation, through a model which led the strain and stress relaxation in the pellet due to the fragmentation, be simulated. This model has been implemented in the code for two types of fuel behaviour : elastic and viscoplastic.

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Informations

  • Détails : 204 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 201-204

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  • Bibliothèque : Bibliothèque universitaire Sciences - Sport (Besançon).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : SCI.BESA.2002.89
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