Modélisation micromécanique de l'endommagement ductile par une approche cohésive-volumique : application à l'UO2 irradié.

par Noé Nkoumbou Kaptchouang

Projet de thèse en Mécanique et Génie Civil

Sous la direction de Yann Monerie.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de École Doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015) , en partenariat avec LMGC - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (laboratoire) et de Thermomécanique de matériaux (Thm2) (equipe de recherche) depuis le 04-10-2016 .


  • Résumé

    Ce sujet de thèse s'inscrit dans le cadre des recherches menées à l'Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) concernant le comportement du combustible nucléaire UO2 lors de transitoires accidentels de puissance. La démarche scientifique d'ensemble mettra à profit des travaux antérieurs de modélisation et de simulation numérique réalisés sur ce thème conjointement par l'IRSN et le Laboratoire de Mécanique et de Génie Civil (LMGC) dans le cadre du Laboratoire Commun MIST. Les principaux défis scientifiques de cette thèse concernent la modélisation et la simulation numérique 3D de l'endommagement ductile des milieux hétérogènes et de leur multi-fragmentation sous chargement dynamique en transitoire thermique rapide. L'application visée concerne le gonflement-fissuration de la zone périphérique du combustible UO2 irradié en situation d'accident d'insertion de réactivité (RIA). Dans un premier temps, il est envisagé de synthétiser, sous la forme d'un modèle de zones cohésives MZC, un modèle d'endommagement ductile volumique de type « GTN » (modèle poro-mécanique de type Gurson). Une approche analytique sera envisagée ici pour proposer un nouveau modèle micromécanique GTN/MZC qui pourrait être implémenté dans le code de calcul XPER développé à l'IRSN. Ensuite, la vérification de la pertinence de cette nouvelle classe de modèles et de son implémentation ainsi qu'une première phase de validation sera conduite par comparaison à des données expérimentales de la littérature. Enfin, une application est prévue pour simuler le gonflement, la fissuration et la combustible UO2 irradié lors d'un RIA.

  • Titre traduit

    Micromechanical modeling of ductile damage with a cohesive-volume approach: application to the irradiated UO2.


  • Résumé

    This subject is a part of the research conducted at the Institute for Radiological Protection and Nuclear Safety (IRSN) on the behavior of uranium dioxide nuclear fuel (UO2) under reactor accident conditions such as overheating. The overall scientific approach will be based on previous work on modeling and numerical simulation carried out on this topic jointly by the IRSN and the Laboratory of Mechanics and Civil Engineering (LMGC) under the joint Laboratory MIST. The main scientific challenges of this thesis concerns the 3D modeling and numerical simulation of ductile damage of heterogeneous environments and their multi-fragmentation under dynamic loading in rapid temperature variation. The application referred concerns swelling and cracking of the peripheral area of irradiated UO2 fuel during a postulated Reactivity Initiated Accident (RIA). Firstly, it is planned to project, as a model of cohesive area MZC, a volume ductile damage model "GTN" (Gurson poro-mechanical model). An analytical approach will be considered here to propose a new micromechanical GTN / MZC model which could be implemented in XPER (a computer program developed at IRSN). Then, the verification of the relevance of this new class of models, its implementation and a first phase of validation will be conducted by comparison with experimental data from the literature. Finally, an application is intended to simulate the swelling, cracking and fragmentation of a porous ceramic, such as the initiated UO2 fuel during a postulated RIA.