Article

1 - CONTEXTE-ENJEU-OBJECTIFS DU PROJET

2 - MISE EN ŒUVRE DU PROJET/ACTIONS MENÉES

3 - BILAN ET PERSPECTIVES

Article de référence | Réf : REX35 v1

Développer des méthodes de calcul pour la tenue sismique d’échangeurs de chaleur

Auteur(s) : Jean-François SIGRIST

Date de publication : 10 sept. 2022

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RÉSUMÉ

La montée en maturité d’une méthode de calcul scientifique est un enjeu d’innovation pour les éditeurs de codes de calcul et leurs utilisateurs industriels. Ce retour d’expérience présente l’exemple d’un projet de R&D contribuant au développement d’une méthode de calcul originale, permettant de modéliser les interactions fluide-structure dans des capacités nucléaires à la géométrie complexe, et rendant possible leur simulation effective avec des outils de calcul industriels. Le projet a impliqué un centre d’expertise et de recherche et un groupe industriel.

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ABSTRACT

Development of finite element formulation for fluid-structure interaction modelling

The development of numerical techniques within engineering tools, such as finite element codes, is of significant importance for many industrial compagnies which are using simulation for innovation purposes or for the demonstration of reliability and security of various critical systems. In the present article a R&D project, jointly carried out by a research and development center of the nuclear industry and an industrial company, and geared toward the development of a simulation technique adapted to the modelling of fluid-structure interactions in nuclear capacities (reactor cores and heat exchangers).

Auteur(s)

  • Jean-François SIGRIST : Ingénieur-chercheur, journaliste scientifique - Expertise & communication scientifiques (eye-PI) – Tours, France

INTRODUCTION

La montée en maturité d’une méthode de calcul scientifique, de sa formalisation mathématique à son application pratique, en passant par son implémentation numérique, est un enjeu d’innovation pour les acteurs industriels de la simulation numérique (chercheurs en modélisation numérique, éditeurs de codes de calcul, utilisateurs d’outils de simulation).

La recherche en modélisation numérique, qu’elle soit engagée dans des laboratoires académiques ou des centres d’expertise, ou encore par des équipes industrielles (éditeurs ou utilisateurs de codes de calcul), répond à différents besoins industriels, par exemple de disposer de modèles physiques plus fins (afin de gagner en précision dans les calculs), ou de s’appuyer sur des méthodes plus efficientes (afin de réduire les coûts de modélisation et de ressources computationnelles).

On propose un retour d’expérience sur un projet de R&D visant à développer une méthodologie de modélisation et de simulation orientée vers le calcul de la réponse dynamique de capacités nucléaires assujettie à des sollicitations de type sismique. Le projet se fonde sur l’expertise et la recherche engagée dans un laboratoire du CEA, sur la prise en compte de l’interaction fluide-structure dans les cœurs de réacteur, les faisceaux tubulaires, etc. Il accompagne la montée en compétences – à la fois en termes de modélisation mathématique et de calcul numérique – d’un industriel du secteur naval de défense pour des applications concernant la propulsion de sous-marins.

Conduit sur une longue durée, le projet, financé par un service de l’État, a permis de développer une méthode de calcul originale, intégrée sous forme d’une fonctionnalité au sein d’un code de calcul académique et d’un code de calcul industriel, permettant de réaliser des analyses d’expert sur le comportement d’assemblages au sein de cœurs de réacteur ou de tubes d’échangeurs de chaleur.

Points clés

Domaines : innovation, recherche collaborative

Entreprises concernées : constructeurs (échangeurs de chaleur), éditeurs de logiciels (calcul scientifique, simulation numérique, HPC), bureaux d'études (calculs de vibrations et de tenue sismique, etc.)

Technologies/méthodes impliquées : modélisation numérique, calcul scientifique, éléments finis

Secteurs : constructions mécaniques, ingénierie nucléaire

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KEYWORDS

numerical simulation   |   fluid-structure interaction   |   tube bundle   |   seismic calculation

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-rex35


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - AXISA (F.) -   Modelling of Mechanical Systems. Vol. 3: Fluid-Structure Interaction.  -  Elsevier (2006).

  • (2) - BROCHARD (D.), GANTENBEIN (F.), GIBERT (R.J.) -   Homogenisation of Tube Bundle. Application to LMFBR Core Analysis.  -  9th Conference on Structural Mechanic in Reactor Technology, Lausanne, 17-21 August (1987).

  • (3) - BROC (D.), SIGRIST (J.-F.) -   « Une méthode d’homogénéisation pour l’analyse modale d’un problème d’interaction fluide/structure ».  -  Revue Européenne de Mécanique Numérique, 15, 867-889 (2006).

  • (4) - BROC (D.), SIGRIST (J.-F.) -   Fluid-Structure Interaction: Numerical Validation of a Homogenization Method.  -  Pressure Vessel and Piping, Vancouver, 25-28 juillet (2006).

  • (5) - BROC (D.), SIGRIST (J.-F.) -   « Une méthode d’homogénéisation pour l’analyse modale d’un problème d’interaction fluide/structure ».  -  Revue Européenne de Mécanique...

1 Annuaire

Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

ABAQUS – https://www.3ds.com/fr/produits-et-services/simulia/produits/abaqus/

CASTEM – http://www-cast3m.cea.fr

Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)

Collège de Polytechnique – http://www.collegepolytechnique.com

Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)

Association Française de Mécanique (AFM) – http://www.afm.asso.fr

American Society of Mechanical Engineers (ASME) – http://www.asme.org

Tubular Exchanger Manufacturers Association (TEMA) – http://www.tema.org

Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)

CEA Saclay

DEN/DM2S/SEMT/EMSI

91191 GIF-SUR-YVETTE Cedex

http://www.cea.fr/

Naval Group Research

Centre d’expertise des structures et matériaux navals

5, rue de l’Halbrane

4340 BOUGUENAIS

http://www.dcnsgroup.com

HAUT DE PAGE

2 Journaux scientifiques

Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering

http://www.elsevier.com/locate/cma

Finite Element in Analysis and Design

...

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