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Le 11 décembre 2020

Soutenance de thèse de Ahmed ZOUARI

Comportement des gaines en alliages de zirconium en conditions thermo-mécaniques représentatives d'un accident RIA

Soutenance de thèse de Ahmed ZOUARI

Résumé de la thèse en français

Ces travaux de thèse ont pour but d'établir une meilleure compréhension du comportement thermomécanique à la rupture des gaines du crayon combustible au cours d'un transitoire accidentel de type RIA. Un dispositif expérimental nommé EDC-T permettant la réalisation des essais mécaniques sur des gaines en Zircaloy-4 avec des biaxialités de déformation ???/??? entre ?0,2 et 1 a été développé. Une campagne expérimentale à 25 °C menée sur ce dispositif a permis d'étudier les effets de la biaxialité et de la vitesse de déformation sur la rupture de la gaine. Les essais réalisés montrent un effet important de la biaxialité sur la déformation circonférentielle à la rupture qui possède un minimum pour un l'état de déformation plane où la biaxialité de déformation est proche de 0. Une faible baisse de la ductilité a été également enregistrée lors de l'augmentation de la vitesse de déformation pour tous les niveaux de biaxialité. Les mécanismes d'endommagement et les modes de rupture des éprouvettes sont identifiés d'après les surfaces et les profils de rupture en fonction des conditions de sollicitation. Des simulations numériques par éléments finis ont été réalisées avec le code CAST3M pour modéliser l'essai et simuler la rupture des gaines avec un chargement biaxial. Un second dispositif expérimental a été développé pour coupler les effets d'un chargement mécanique biaxial et d'un chargement thermique rapide. L'objectif est de chauffer la gaine avec des vitesses de montée en température supérieures à 100 °?.??1 afin d'éviter la restauration des défauts liés à l'hydruration et à l'irradiation au cours de l'essai. La méthode a été utilisée pour réaliser des essais thermomécaniques à des fortes vitesses de chauffage, des fortes vitesses de déformation et à des niveaux de biaxialité élevés afin de reproduire l'intégralité des chargements lors d'un accident de réactivité. Les premiers résultats montrent, pour une gaine vierge, que la déformation à la rupture n'a pas été affectée par la température ni par la vitesse de chauffage. Des simulations par éléments finis ont été mises en place pour modéliser les différentes méthodes de chauffage testées et permettre d'optimiser la méthode retenue. Ces simulations ont notamment permis de modéliser le passage du courant électrique et du flux thermique à travers des interfaces solide-solide.

Résumé de la thèse en anglais

The aim of this work is to enhance the understanding of the thermomechanical behavior at rupture of the fuel rod cladding during an accidental transient of the RIA type. A new mechanical test has been developed in order to apply a strain biaxiality ratio ?_zz/?_?? between -0,2 et 1. It allows to reproduce loading conditions close to the ones occuring during a RIA accident. An experimental compaign at room temperature carried out with this device made it possible to study the effects of strain biaxiality ratio and strain rate on the fracture of the cladding. The tests carried out show a significant effect of the biaxiality on the hoop strain at failure which has a minimum for a plane strain state where the strain biaxiality is close to 0. A slight decrease in ductility was also recorded during of the increase in strain rate for all biaxiality levels. The damage mechanisms and failure modes of specimens are identified from the surfaces and failure profiles depending on the stress conditions. Numerical finite element simulations were performed with the CAST3M code to model the test and simulate the failure of cladding with biaxial loading. A second experimental device has been developed to couple the effects of biaxial mechanical loading and rapid thermal loading. The objective is to heat the cladding with temperature rise rates greater than ?100 °C.s?^(-1) in order to avoid the restoration of the defects linked to the hydriding and to the irradiation during the test. The method was used to perform thermomechanical tests at high heating rates, high strain rates, and high biaxiality levels to reproduce full loadings in a reactivity accident. The first results show, for a virgin cladding, that the strain at break was not affected by temperature or by the rate of heating. Finite element simulations were undertaken to model the different heating methods tested and to optimize the chosen method. These simulations made it possible in particular to model the passage of electric current and heat flow through solid-solid interfaces.

 

Titre anglais : Behavior of zirconium alloy cladding under thermo-mechanical conditions representative of an RIA accident
Date de soutenance : vendredi 11 décembre 2020 à 14h00
Adresse de soutenance : En visioconférence intégrale - -
Directeurs de thèse : Jacques BESSON, Jerôme CREPIN

> plus d'informations sur le site dédié Soutenance de thèse de Ahmed ZOUARI - Mines Paris - PSL

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