a nalyse du comportement sous sÉisme d Équipements immergÉs ecole nationale d'ingénieurs de...
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ANALYSE DU COMPORTEMENT SOUS SÉISME D’ÉQUIPEMENTS IMMERGÉS
Ecole Nationale d'Ingénieurs de Tunis
بتونس للمهندسين الوطنية المدرسة
Projet de fin d’études
Présenté parAmine JALLOULI & Marième Imene EL GHEZAL
Proposé par: ESI-France
Président Jury: Mr. Jamel BESSROUR Membre permanent: Mr. Jalel BEN ADALLAHRapporteur: Mr. Hédi HASSIS Encadreur entreprise: Mr.Laurent MOUCHETTEEncadreurs ENIT: Mr. Yamen MAALEJ & Mr. Bessem ZOUARI
INTRODUCTION
1
INTRODUCTION
2
Présentation de l’entreprise
PLAN
Mise en situation et cahier des charges
Méthodologie
Validation du calcul FPM
Validation de la méthode des cartes de pression
Etude sismique d’équipements immergés
Conclusion et perspectives
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Présentation de l’entreprise
Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM
Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
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Figure .1: Domaine d’activité de ESI-Group
Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM
Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion 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 l’analyse sismique des assemblages ainsi que des modules de leur stockage
L’étude de la tenue au séisme d’équipements immergés doit être vérifiée par simulation
Nécessité de prise en compte l’interaction Fluide-Structure
« Analyse du comportement sous séisme d’équipements immergés »
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Objectif:
Valider l’utilisation 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 s’appuyant sur les résultats de forces hydrodynamiques calculés par le module FPM.
Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM
Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
Mise en situation et cahier des charges
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Méthodologie
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Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM
Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
Modèle des cylindres coaxiaux N° i
Modélisation du fluide Résolution FPM couplée PAM-Crash
Analyse des résultats et comparaisonPublication de Fritz
% Erreur
i=i+
1
Validation de la méthode FPM
Acceptable
Non acceptable
8
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
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Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
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Modèle du râtelier Rigid Body en
interaction Fluide/Structure
Méthode des cartes de pressionModèle mécanique du
râtelier déformableRésolution PAM-
CrashAnalyse des résultats et validation% thèse
de Moudrik
Validation de la méthode des
cartes de pression
Résultats de la thèse de Moudrik
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Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM
Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
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
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Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM
Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
Figure .2: : Modèle traité par Fritz
.. ..
21 1 1( )f H HF M X M M X
.. ..
22 1 1 1 2( ) ( )f H HF M M X M M M X
Les efforts dus à la présence du fluide exercés sur les cylindres sont donnés par les formules suivantes :
Résultats analytiques
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Construction du modèle équivalent sur PAM-Crash
Longueur L
Paroi Г1
Particules du fluide
a(t)=2.10-3.sin (40πt)
Max (Ff1) = 6,6.104 N
Accélération appliquée sur le cylindre extérieur:
Effort analytique maximal associé:
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Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
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Figure .3: : Modèle traité par Fritz
• paroi fermée :
. 0 / iv n
. 0 / iv n
• paroi ouverte :
1 2 3 4 5 6 7 8 9 100.00E+001.00E+042.00E+043.00E+044.00E+045.00E+046.00E+047.00E+048.00E+049.00E+041.00E+05
fermé-ouvert h=0.2
Fermé-Fermé
Ouvert-Ouvert
Eff
ort
un
itai
re m
axim
al (
N)
N° de la section
Effort maximal appliqué par le fluide sur les sections unitaires
Paroi 1
Section unitaire d’effort
Paroi 2
INFLUENCE DES C.A.L
Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM
Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
Influence des conditions aux limites
Figure .4: : Section d’effort unitaire
Figure .5: Superposition des résultats des différentes C.L 14
L=2 m L=4 m L=10 m L=25 mEffort cylindre
7,88E+04 8,67E+04 6,37E+04 6,45E+04Erreur% Analytique 19% 31% -3% -2%
Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM
Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
100000
Effort=f(sec)L=25m
Effort=f(sec)L=10m
Eff
ort
max
imal
un
i-ta
ire
(N)
Position axiale relative
Représentation de l’effort en fonction de la position axiale
Tableau 1 : Comparaison des résultats d’effort pour les différentes longueurs
Figure.6 : Influence de la longueur sur les Effets de bords
Influence de la longueur
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Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM
Influence du raffinement
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 102.00E+04
3.00E+04
4.00E+04
5.00E+04
6.00E+04
7.00E+04
8.00E+04
9.00E+04
1.00E+05
1.10E+05
1.20E+05
h=0.4
h=0.6
h=0.2
h=0.1
N° de section
Eff
ort
un
itai
re (
N)
Effort unitaire maximal appliqué par le fluide pour différents raffinements
Pour raffiner l’espace fluide, on impose le nombre de particules dans le domaine hmin.
Figure.7 : Superposition des résultats des différents raffinements
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Validation de la méthode des cartes de pression
Méthodologie
Applications
1er modèle: cylindres coaxiaux
• 2ème modèle: râtelier immergé
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Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM
Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
Méthodologie
Déplacement
Chargement:Accélération sur le cylindre extérieur
Déplacement
Courbes de pression
Module FPM:Création du modèle FPM
Calcul PAM-Crash/FPM
Résultats FPM
Modèle à 1 seul cylindre:Cylindre libre en translation plane
Modèle à 2 cylindres coaxiaux:Cylindre extérieur libre en translation
plane
Chargement:Forces hydrodynamiques sur le cylindre
Calcul PAM-Crash
Cylindre intérieur
Cylindre extérieurParticules de fluide
Pre
ssio
ns a
ppliq
uées
su
r le
s é
lém
ent
s18
Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM
Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion 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
1er modèle: cylindres coaxiaux
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Figure.10 : Schéma du modèle du râtelier plongé dans la piscine
Figure.11 : Superposition des courbes de déplacement du râtelier
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Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
2ème modèle: râtelier immergé
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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
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Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
Description du modèle traité par MOUDRIK [2]
Objet de la thèseEssais de caractérisation sismiques en air et en eau effectués sur une maquette de dimensions réduites soumise à l’action d’une accélération.ObjectifEtudier les phénomènes de glissement et de soulèvement du râtelier en appliquant différentes excitations sismiques de différentes amplitudes.
Figure.14: : Accélérogramme appliqué
Figure.13: : Maquette d’essai22
Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM
Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion 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
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Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
Figure .15: : Carte de contact
Spécifications du contact
Hcontact
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 contact24
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Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
Spécifications du contact
Figure .17: Comparaison des résultats pour différents hcontact
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Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
Résultats des simulations du râtelier vide en air
Figure .18: Modèle du râtelier en air
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Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM
Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
Résultats des simulations du râtelier vide en air
Gli
ss
em
en
t m
ax
ima
l
Figure .19: Glissement moyen des pieds du râtelier
Figure .20: Comparaison calcul PAMCrash – Résultats de MOUDRIK
Critère d’apparition du glissement:
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Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM
Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
Figure .21: Soulèvement d’un pied du râtelier Figure .22: Soulèvement maximal des pieds du râtelier
critère d’apparition du soulèvement: 0 d
H
Résultats des simulations du râtelier vide en air
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Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM
Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
Résultats des simulations du râtelier vide en air
Figure .23: Phénomène de balancement
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Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
Résultats des simulations du râtelier vide en eau
Figure .24: Modèle du râtelier immergé
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Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
Résultats des simulations du râtelier vide en eau
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Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM
Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
Résultats des simulations du râtelier vide en eau
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Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM
Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
Résultats des simulations du râtelier vide en eau
33Vidéo.1: Comportement normal des particules
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Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
Résultats des simulations du râtelier vide en eau
34Vidéo.2: Comportement anormal des particules
Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM
Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion 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
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Résultats des simulations du râtelier plein en air
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Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion 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
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Résultats des simulations du râtelier plein en eau
Présentation de l’entrepriseMise en situation et cahier des chargesMéthodologieValidation du calcul FPM
Validation de la méthode des cartes de pressionEtude sismique d’équipements immergésConclusion et perspectives
Figure .29: Comparaison calcul FPM-Essais
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CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Validité des calculs FPM par rapport au modèle testé
Validité de la méthode des cartes de pression
L’étude 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
Merci !