Bibliographie & annexes
Présentation
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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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.
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
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
numerical simulation | fluid-structure interaction | tube bundle | seismic calculation
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Contexte-enjeu-objectifs du projet3. Bilan et perspectives
3.1 Points positifs
Le projet s’est accompli dans une logique de transfert de compétences – illustrant ainsi la devise du CEA (« De la Recherche à l’Industrie ») – et il a accompagné un changement de pratiques au sein de bureaux d’études de DCNS (Naval Group), notamment sur l’amélioration des modèles de calcul, rendus plus précis par la prise en compte des interactions fluide/structure.
Les travaux ont abouti au développement d’une formulation originale et efficiente des interactions fluide/structure dans les échangeurs de chaleur. Le programme de travail a permis de franchir les étapes TRL 3 à 7 amenant la méthode à une phase de maturité préindustrielle.
Conformément aux dispositions des accords de propriété intellectuelle du projet, la méthode développée dans le cadre de la collaboration entre les deux entités a été utilisée à DCNS (Naval Group) et au CEA, comme outil d’expertise sur le comportement dynamique de capacités nucléaires. Par exemple, pour le CEA, différentes simulations fondées sur une modélisation « homogénéisée » ont été réalisées afin de comprendre la dynamique d’assemblages de cœurs de réacteur « nouvelle génération », sous différentes sollicitations (figure 10).
HAUT DE PAGE3.2 Points négatifs
Une fois le stade TRL 7 atteint, DCNS (Naval Group) a pris le relais pour financer l’intégration de la méthodologie de calcul dans un user element du code ABAQUS, faisant franchir une étape TRL supplémentaire. Différentes applications possibles ont été envisagées, afin d’exploiter ces développements, rendus accessibles dans un code de calcul commercial, pour des applications intéressant l’industrie nucléaire civile (sur certaines problématiques, aucun code de calcul ne permet de proposer ce type de modélisation « avancée »). L’offre technico-commerciale n’a pas abouti et les développements n’ont pas été poussés jusqu’à un niveau de maturité supérieur.
La méthode est restée à ce jour une méthode d’expert et son usage n’a pas pu...
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Bilan et perspectives
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
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
Naval Group Research
Centre d’expertise des structures et matériaux navals
5, rue de l’Halbrane
4340 BOUGUENAIS
HAUT DE PAGE
Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
http://www.elsevier.com/locate/cma
Finite Element in Analysis and Design
...
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