A NALYSE DU COMPORTEMENT SOUS SÉISME D ÉQUIPEMENTS IMMERGÉS Ecole Nationale d'Ingénieurs de Tunis المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس Projet de fin détudes.

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1 A NALYSE DU COMPORTEMENT SOUS SÉISME D ÉQUIPEMENTS IMMERGÉS Ecole Nationale d'Ingénieurs de Tunis المدرسة الوطنية للمهندسين بتونس Projet de fin détudes Présenté par Amine JALLOULI & Marième Imene EL GHEZAL Proposé par : ESI-France Président Jury: Mr. Jamel BESSROUR Membre permanent: Mr. Jalel BEN ADALLAH Rapporteur: Mr. Hédi HASSIS Encadreur entreprise: Mr.Laurent MOUCHETTE Encadreurs ENIT: Mr. Yamen MAALEJ & Mr. Bessem ZOUARI

2 I NTRODUCTION 1

3 2

4 Présentation de lentreprise P LAN Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives 3

5 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives 4 Figure.1: Domaine dactivité de ESI-Group

6 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Mise en situation et cahier des charges Le combustible nucléaire usé doit être entreposé dans une piscine de refroidissement Les impératifs de sûreté exigent lanalyse sismique des assemblages ainsi que des modules de leur stockage Létude de la tenue au séisme déquipements immergés doit être vérifiée par simulation Nécessité de prise en compte linteraction Fluide-Structure « Analyse du comportement sous séisme déquipements immergés » 5

7 Objectif: Valider lutilisation de PAM-CRASH/FPM en ce qui concerne la réponse transitoire de composants immergés sous chargement par excitation de sol type sismique Travail à réaliser: Retrouver les résultats de la publication de FRITZ [1] (« The effect of liquids on the Dynamic Motions of Immersed Solids ») en réponse dynamique Retrouver les résultats des travaux expérimentaux et de modélisation réalisés par Moudrik - CEA [2] pour une structure immergée en sappuyant sur les résultats de forces hydrodynamiques calculés par le module FPM. Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Mise en situation et cahier des charges 6

8 Méthodologie 7

9 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Modèle des cylindres coaxiaux N° i Modélisation du fluide Résolution FPM couplée PAM-Crash Analyse des résultats et comparaison Publication de Fritz % Erreur i=i+1 Validation de la méthode FPM Acceptable Non acceptable 8

10 Modèle interaction Fluide/Structure (Rigid Body) Résolution FPM/PAM- Crash couplée « Output » : Cartographie de pression dynamique sur les éléments Modèle mécanique (Modèle géométrique + CL) Chargement Résolution PAM-Crash Paramètres physiques de comparaison Déplacements, Efforts, accélérations,.. Résultats du modèle mécanique Comparaison Validation de la méthode des cartes de pression Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives 9

11 Modèle du râtelier Rigid Body en interaction Fluide/Structure Méthode des cartes de pression Modèle mécanique du râtelier déformable Résolution PAM- Crash Analyse des résultats et validation% thèse de Moudrik Validation de la méthode des cartes de pression Résultats de la thèse de Moudrik 10 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives

12 Validation du calcul FPM Résultats analytiques de comparaison Construction du modèle équivalent sur PAM-Crash Influence des C.A.L Influence du raffinement Influence de la longueur 11

13 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Figure.2: : Modèle traité par Fritz Les efforts dus à la présence du fluide exercés sur les cylindres sont donnés par les formules suivantes : Résultats analytiques 12

14 Construction du modèle équivalent sur PAM-Crash Longueur L Paroi Г 1 Particules du fluide a(t)=2.10 -3.sin (40πt) Max (F f1 ) = 6,6.10 4 N Accélération appliquée sur le cylindre extérieur: Effort analytique maximal associé: Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives 13 Figure.3: : Modèle traité par Fritz

15 paroi fermée : paroi ouverte : Paroi 1 Section unitaire deffort Paroi 2 I NFLUENCE DES C. A. L Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Influence des conditions aux limites Figure.4: : Section deffort unitaire Figure.5: Superposition des résultats des différentes C.L 14

16 L=2 mL=4 mL=10 mL=25 m Effort cylindre 7,88E+048,67E+046,37E+046,45E+04 Erreur% Analytique19%31%-3%-2% Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Tableau 1 : Comparaison des résultats deffort pour les différentes longueurs Figure.6 : Influence de la longueur sur les Effets de bords Influence de la longueur 15

17 Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Influence du raffinement Pour raffiner lespace fluide, on impose le nombre de particules dans le domaine h min. Figure.7 : Superposition des résultats des différents raffinements 16

18 Validation de la méthode des cartes de pression Méthodologie Applications 1 er modèle: cylindres coaxiaux 2 ème modèle: râtelier immergé 17

19 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Méthodologie Déplacement Chargement: Accélération sur le cylindre extérieur Chargement: Accélération sur le cylindre extérieur Déplacement Courbes de pression Module FPM: Création du modèle FPM Module FPM: Création du modèle FPM Calcul PAM-Crash/FPM Résultats FPM Modèle à 1 seul cylindre: Cylindre libre en translation plane Modèle à 1 seul cylindre: Cylindre libre en translation plane Modèle à 2 cylindres coaxiaux: Cylindre extérieur libre en translation plane Modèle à 2 cylindres coaxiaux: Cylindre extérieur libre en translation plane Chargement: Forces hydrodynamiques sur le cylindre Chargement: Forces hydrodynamiques sur le cylindre Calcul PAM-Crash Cylindre intérieur Cylindre extérieur Particules de fluide Pressions appliquées sur les éléments 18

20 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Cylindre extérieur libre Fluide Cylindre intérieur libre Figure.8: Schéma du modèle simple : 2 cylindres coaxiaux Figure.9 : Superposition des courbes de déplacement du cylindre 1 er modèle: cylindres coaxiaux 19

21 Figure.10 : Schéma du modèle du râtelier plongé dans la piscine Figure.11 : Superposition des courbes de déplacement du râtelier Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives 2 ème modèle: râtelier immergé 20

22 Etude sismique du râtelier Description du modèle de MOUDRIK Méthodologie de la création du modèle sur PAM-Crash Spécifications du contact Résultats et validation Râtelier vide Râtelier plein Etude en air Etude en eau 21

23 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Description du modèle traité par MOUDRIK [2] Objet de la thèse Essais de caractérisation sismiques en air et en eau effectués sur une maquette de dimensions réduites soumise à laction dune accélération. Objectif Etudier les phénomènes de glissement et de soulèvement du râtelier en appliquant différentes excitations sismiques de différentes amplitudes. Figure.14: : Accélérogramme appliqué Figure.13: : Maquette dessai 22

24 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Démarche de construction du modèle Création des « parts » et maillage Spécifications des matériaux Introduction des conditions aux limites et chargements Définition du contact Choix des « outputs » Choix des paramètres de contact Test du modèle Analyse des résultats Résultats de la thèse 23

25 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Figure.15: : Carte de contact Spécifications du contact H contact Coefficient µ Choix de « slave » et « master » Paramètres du contact testés: Hauteur de contact H contact Amortissement Damp = 4*π/T Stabilisation des efforts de contact à la valeur 41 KN qui correspond au poids du râtelier Figure.16: Effort de contact 24

26 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Spécifications du contact Figure.17: Comparaison des résultats pour différents h contact 25

27 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Résultats des simulations du râtelier vide en air Figure.18: Modèle du râtelier en air 26

28 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Résultats des simulations du râtelier vide en air Glissement maximal Figure.19: Glissement moyen des pieds du râtelier Figure.20: Comparaison calcul PAMCrash – Résultats de MOUDRIK Critère dapparition du glissement: 27

29 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Figure.21: Soulèvement dun pied du râtelier Figure.22: Soulèvement maximal des pieds du râtelier critère dapparition du soulèvement: Résultats des simulations du râtelier vide en air 28

30 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Résultats des simulations du râtelier vide en air Figure.23: Phénomène de balancement 29

31 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Résultats des simulations du râtelier vide en eau Figure.24: Modèle du râtelier immergé 30

32 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Résultats des simulations du râtelier vide en eau 31

33 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Résultats des simulations du râtelier vide en eau 32

34 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Résultats des simulations du râtelier vide en eau 33 Vidéo.1: Comportement normal des particules

35 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Résultats des simulations du râtelier vide en eau 34 Vidéo.2: Comportement anormal des particules

36 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives e PART de la face latérale intérieure PART de la face latérale extérieure Figure.25: Modèle du râtelier Les assemblages sont modélisés par leur masse ajoutée Modification des paramètres de contact 35 Résultats des simulations du râtelier plein en air

37 Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Résultats des simulations du râtelier plein en air Figure.26: Comparaison vide-plein du soulèvement maximal Figure.27: Comparaison vide-plein des forces de choc Figure.28: Comparaison calcul-essai du glissement 36

38 Résultats des simulations du râtelier plein en eau Présentation de lentreprise Mise en situation et cahier des charges Méthodologie Validation du calcul FPM Validation de la méthode des cartes de pression Etude sismique déquipements immergés Conclusion et perspectives Figure.29: Comparaison calcul FPM-Essais 37

39 C ONCLUSION ET PERSPECTIVES Validité des calculs FPM par rapport au modèle testé Validité de la méthode des cartes de pression Létude du comportement du râtelier en réponse sismique: Résultats en air: Etude des mouvements du râtelier Résultats en eau: Influence du fluide sur le comportement du râtelier Résultats de calcul FPM cohérents et comparables avec les résultats expérimentaux Comportement irrégulier des particules Amélioration possible du modèle numérique et vérification des causes des instabilités de calcul en eau 38

40 Merci !