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Méthodologie pour la réalisation d'une analyse de nocivité de défaut Date
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Manuel d'Utilisation
Fascicule U2.09 : Outils et Solutions Métiers
Document : U2.09.01




Méthodologie pour la réalisation d'une analyse
de nocivité de défaut avec l'outil-métier ASPIC,
préparation des données d'entrée



Résumé :

L'outil-métier ASPIC permet de réaliser des analyses de nocivité de défaut dans les piquages du CSP. Cet outil
est composé d'un mailleur automatique de piquage et d'un solveur pour les analyses thermo-élastiques
linéaires. Il est entièrement intégré au Code_Aster. Le mailleur est utilisable indépendamment du solveur.
Cette note constitue le référentiel méthodologique d'une étude de nocivité de défaut avec ASPIC.
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Table
des
matières

1 Synthèse ................................................................................................................................................3
2 Introduction ............................................................................................................................................4
2.1 Contexte...........................................................................................................................................4
2.2 Objectif de la note............................................................................................................................4
2.3 Démarche adoptée ..........................................................................................................................4
2.4 Plan de la note qui en découle ........................................................................................................4

3 Données d'entrée ASPIC.......................................................................................................................5
3.1 Géométrie du maillage.....................................................................................................................5
3.2 Conditions aux limites et chargements............................................................................................7
3.3 Matériaux .........................................................................................................................................8
4 Du calcul de ligne à l'analyse de nocivité de défaut ..............................................................................9
4.1 Calculs de lignes : généralité...........................................................................................................9
4.2 Définition du chargement ASPIC à partir du DAC...........................................................................9

4.2.1 Etape 1 : changement de repère............................................................................................9
4.2.2 Etape 2 : rééquilibrage des torseurs ....................................................................................10
4.2.3 Etape 3 : correction des moments........................................................................................10
4.2.4 Etape 4 : obtention du chargement maximisé......................................................................11
4.3 Application .....................................................................................................................................12
5 Analyse de nocivité de défaut sur un piquage.....................................................................................12
5.1 Principe ..........................................................................................................................................12
5.2 Données de sortie ASPIC..............................................................................................................13
5.3 Codification ....................................................................................................................................13
5.4 Exemple d'application....................................................................................................................13

6 Conditions d'utilisation ou d'application des résultats..........................................................................14
Annexe 1
Exemple de fichier de données ASPIC....................................................................15
Annexe 2
Guide à l'utilisation de l'outil métier..........................................................................17
Annexe 3
Référentiel méthodologique .....................................................................................19
7 Bibliographie ........................................................................................................................................20

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1 Synthèse

L'outil-métier ASPIC permet de réaliser des analyses de nocivité de défaut dans les piquages du CSP.
Cet outil est composé d'un mailleur automatique de piquage et d'un solveur pour les analyses
thermo-élastiques linéaires. Il est entièrement intégré au Code_Aster. Le mailleur est utilisable
indépendamment du solveur.
Cette note a pour objectif de décrire la méthodologie pour la réalisation d'une analyse de nocivité de
défaut avec l'outil métier ASPIC. On s'attache également à lister de façon exhaustive l'ensemble des
données d'entrée ASPIC. On dispose dans la version 6.4 du Code_Aster de deux macro-commandes,
l'une correspond au mailleur automatique (MACR_ASPIC_MAIL), l'autre à la procédure de calcul
proprement dite (MACR_ASPIC_CALC).
Pour renseigner ces macro-commandes, il faut disposer des informations sur :

· la géométrie du piquage,
· les conditions aux limites et chargements appliqués aux extrémités (extrémité de la tubulure
raccordée BRANCH ou extrémités du corps RUN, R1 ou R2),
· les caractéristiques matériaux.

Les résultats fournis par la macro commande de calcul servent, par comparaison avec les critères
codifiés, à statuer sur la nocivité ou non d'un défaut caractérisé lors d'un contrôle.
Ce document constitue le référentiel méthodologique d'une étude de nocivité de défaut avec ASPIC.
On y trouve une description exhaustive des données d'entrée pour les macro-commandes de l'outil
métier ASPIC. La construction de ces données à partir des données fournies dans le DAC est
entièrement explicitée. Enfin la description d'une étude d'analyse de nocivité de défaut sur un piquage
est détaillée. Des exemples illustrent chaque phase de mise en données et le type de résultat attendu
lors d'une analyse de nocivité.
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2 Introduction

2.1 Contexte

L'outil-métier ASPIC permet de réaliser des analyses de nocivité de défaut dans les piquages du CSP.
Cet outil est composé d'un mailleur automatique de piquage et d'un solveur pour les analyses
thermo-élastiques linéaires. Il est entièrement intégré au Code_Aster. Le mailleur est utilisable
indépendamment du solveur.


2.2
Objectif de la note

Cette note a pour objectif de décrire la méthodologie pour la réalisation d'une analyse de nocivité de
défaut avec l'outil métier ASPIC. On s'attache également à lister de façon exhaustive l'ensemble des
données d'entrée ASPIC.
Cette note s'appuie sur la note rédigée par J.P. SERMAGE, référence [bib1].

2.3 Démarche
adoptée

Ce référentiel doit permettre de mettre en oeuvre des analyses de nocivité de défauts selon des règles
conformes au RSE-M [bib4]. La méthode de correction plastique applicable est la méthode Kcp. On
dispose dans la version 6.4 de Code_Aster [bib5] de deux macro-commandes, l'une correspond au
mailleur automatique (MACR_ASPIC_MAIL), l'autre à la procédure de calcul proprement dite
(MACR_ASPIC_CALC).
Pour renseigner ces macro-commandes, il faut disposer des informations sur :

· la géométrie du piquage,
· les conditions aux limites et chargements appliqués aux extrémités (extrémité de la tubulure
raccordée BRANCH ou extrémités du corps RUN, R1 ou R2),
· les caractéristiques matériaux.

Les résultats fournis par la macro-commande de calcul servent, par comparaison avec les critères
codifiés, à statuer sur la nocivité ou non d'un défaut caractérisé lors d'un contrôle.

2.4
Plan de la note qui en découle

Le plan de la note suit la démarche globale d'une analyse de nocivité de défaut avec l'outil métier
ASPIC.
Le chapitre 3 présente les données d'entrée de l'outil métier ASPIC.
Le chapitre 4 décrit comment construire à partir du DAC les données d'entrée ASPIC.
Le chapitre 5 rappelle le principe d'une analyse de nocivité de défaut.
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3
Données d'entrée ASPIC

3.1 Géométrie du maillage

Les informations relatives à la géométrie du piquage servent à renseigner la macro-commande
MACR_ASPIC_MAIL [bib12]. Le concept produit par cette macro-commande est de type maillage. Il
contient les entités topologiques permettant :

· d'appliquer les conditions aux limites et les chargements ;
· de dépouiller les résultats.

Zmax
LZmax
½ DEXT_TUBU
E_TUBU
chanfrein
L_CHANF
½ DEXT_BASE
sur-épaisseur ou
sous -épaisseur
E_BASE
L_BASE
ANGL_SOUD
selle
JEU_SOUD
H_SOUD
E_CORP
axe de la
tubulure
½ DEXT_CORPS
LXmax
O
Axe du corps

Figure 3.1-a : Description des paramètres géométriques (soudure de type_2)

Dans un premier temps, la commande EXEC_MAILLAGE permet de faire le lien avec le logiciel GIBI qui
sert à produire le maillage. Les paramètres comme : COEF_MULT_RC1, COEF_MULT_RC2, ...,
NB_SECTEUR, ..., RAYON_TORE, permettent d'optimiser la qualité du maillage (liste non exhaustive).
Puis, on renseigne l'état de raffinement du maillage souhaité près de la soudure, il peut être grossier
(2 noeuds sur la selle et 3 noeuds sur l'interface) ou fin (3 noeuds sur la selle et 7 noeuds sur
l'interface).

· 'GROS' (option par défaut)
· 'FIN'

On préconise l'option 'GROS' pour les maillages fissurés, le bloc fissure étant suffisamment raffiné et
l'option 'FIN' pour mener une analyse de nocivité de défaut sur piquages sain [bib7].
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Concernant la tubulure, les paramètres géométriques à renseigner sont :

· l'épaisseur de la tubulure dans la zone de raccord (E_BASE), (réel, mm),
· le diamètre extérieur de la tubulure (DEXT_BASE), (réel, mm),
· la longueur de la base de la tubulure (L_BASE), (réel, mm),
· la longueur du chanfrein (L_CHANF), (réel, mm),
· l'épaisseur de la tubulure au-dessus du chanfrein (E_TUBU), (réel, mm),
· le diamètre extérieur de la tubulure au-dessus du chanfrein (DEXT_TUBU), (réel, mm),
· la cote maximale de la tubulure (Z_MAX), (réel, mm),
· le type et la position de la soudure (TYPE_1 ou TYPE_2).

Le type et la position de la soudure est de type_1 si le biseau de la soudure est situé dans le corps
[Figure 3.1-a], de type_2 si le biseau de la soudure est situé dans la tubulure.
La soudure est repérée par :

· la hauteur de soudure comptée à partie de la surface extérieure (H_SOUD), (réel, mm),
· l'angle de la soudure (ANGL_SOUD), (degrés),
· le jeu de la soudure caractérisé par l'espace situé entre le corps et la tubulure (JEU_SOUD),
(réel, mm).

Enfin le corps du piquage est défini par :

· l'épaisseur du corps (E_CORP), (réel, mm),
· le diamètre extérieur du corps (DEXT_CORP), (réel, mm),
· la cote maximale du corps (X_MAX), (réel, mm).

Si le piquage analysé comporte une fissure, il faut également définir les caractéristiques de la fissure :

· le type de la fissure (longue ou courte).

Les fissures longues correspondent à des fissures longues mais peu profondes (1/8 ou 1/4 épaisseur),
les fissures courtes correspondent à des fissures de profondeur maximale égale à la demi épaisseur
du piquage.

· la profondeur de la fissure (PROFONDEUR), (réel, mm),
· la longueur de la fissure (LONGUEUR), (réel, mm),
· la position du centre de la fissure (AZIMUT), (degrés),
· la position (droit ou incliné) suivant le type de la soudure (POSITION), [Figures 3.1-b] et
[Figure 3.1-c],
· la position débouchant en peau interne ou externe ou non-débouchant (FISSURE),
· la longueur du ligament intérieur (fissure non débouchante) (LIGA_INT), (réel, mm),
· le demi-angle d'ouverture de la fissure (ANGL_OUVERTURE), (degrés).


axe de la tubulure

E_TUBU
ANGL_OUVERURE



H SOUD

E_CORP

DROIT
INCLINE


JEU_SOUD






axe du corps
Figure 3.1-b : Géométrie piquage type n°1
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axe de la tubulure

E_TUBU


INCLINE
ANGL_OUVERURE

JEU_SOUD

DROIT

H SOUD
E_CORP








axe du corps


Figure 3.1-c : Géométrie piquage type n°2


Les conditions aux limites, les chargements et les données matériau sont renseignés au niveau de la
macro-commande MACR_ASPIC_CALC [bib12], objectifs des paragraphes suivants. Cette
macro-commande a pour objet de réaliser un calcul prédéfini de piquages sains ou fissurés, ainsi que
les post-traitements associés.


3.2
Conditions aux limites et chargements

Pour réaliser un calcul aux éléments finis, la modélisation impose de bien définir les conditions aux
limites et les chargements appliqués qu'ils soient mécanique ou thermique.
Symboliquement un piquage est défini par l'intersection de la droite [R1, R2] représentant le corps et la
demi-droite [O, B] représentant la tubulure. Le point O représente l'origine du piquage c'est-à-dire
l'intersection des axes des deux tubes.
(R1 : P1_CORP, R2 : P2_CORP et B : P_TUBU)

B
Z
Y
X
R1
R2
O

Figure 3.2-a : Représentation symbolique du piquage
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Pour assurer l'équilibre (EQUILIBRE) de la structure, on définit un encastrement de type poutre à l'une
des deux extrémités du corps (R1 ou R2). De ce choix dépend la définition du torseur des efforts à
appliquer aux extrémités (R1 ou R2 et B).
On indique ensuite la valeur de la pression (PRES_REP) qui s'applique en peau interne (MPa), avec
prise en compte de l'effet de fond sur les faces associées à l'extrémité de la tubulure B et l'une des
deux faces extrémités du corps (R1 ou R2).
Le torseur d'effort est appliqué aux extrémités B de la tubulure et (R1 ou R2) du corps (TORS_CORP,
TORS_TUBU)
.
On renseigne les 6 composantes du torseur d'efforts :

· force selon X FX (N)
· force selon Y FY (N)
· force selon Z FZ (N)
· moment selon X MX (N.mm)
· moment selon Y MY (N.mm)
· moment selon Z MZ (N.mm)

Pour les calculs thermiques (ECHANGE), on indique la valeur du coefficient d'échange (W/mm2) sur la
peau interne de la tubulure et du corps, ainsi que la valeur de la température du fluide (°C) à l'intérieur
du piquage pour différents instants du transitoire.
On verra au chapitre 4 comment construire ce torseur d'effort à partir du DAC (Dossier d'Analyse de
Conception).

3.3 Matériaux

La définition du ou des matériaux se fait en dehors de la macro-commande MACR_ASPIC_CALC, mais
leur affectation se fait dans la macro-commande par le mot clé AFFE_MATERIAU. Les données
matériau sont soit prises à température donnée (ambiante ou moyenne du transitoire), soit fonction de
la température (cas général). Lorsque ces données dépendent de la température, elles sont stockées
pour une liste de températures. Elles proviennent soit : du RCC-M [bib10], du RSE-M [bib4] ou de
mesures spécifiques.
Les données nécessaires à la définition du matériau sont :
données du comportement en traction

· module d'Young E (MPa)
· coefficient de Poisson
· coefficient de dilatation (°C-1)
· conductivité thermique (W.mm-1°C-1)
· masse volumique (kg.mm-3)

On note également l'importance de la définition de la température de référence pour laquelle il n'y a
pas de déformation thermique.
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4
Du calcul de ligne à l'analyse de nocivité de défaut

4.1
Calculs de lignes : généralité

Un calcul de ligne consiste à déterminer des torseurs d'effort et des déplacements et à vérifier les
critères de conception définis dans le RCC-M [bib5].
Les règles de tracé utilisées par le constructeur sont telles que les tuyauteries sont essentiellement
sollicitées en pression et en flexion quel que soit le chargement. Les critères de conception portent sur
les contraintes dues à la pression et sur celles générées par les moments de flexion et de torsion, ainsi
que par l'effet de fond.
De façon générale, une ligne et ses tuyauteries auxiliaires sont représentées par un modèle filaire ou
poutre à partir des isométriques dans le plan. Les composantes sont modélisées selon leur raideur et
leur masse respectives : supportage, vannes, soupapes, piquages.
Dans le cadre d'une analyse de nocivité de défaut dans un composant, on utilise en données d'entrée
les torseurs issus du calcul de ligne. Ces torseurs sont dits « signés » ou « non signés ».
Le torseur est signé lorsqu'il est parfaitement défini par sa direction, son signe et son amplitude.
Typiquement, il s'agit des chargements de type poids, pression ou dilatation thermique. Le torseur est
non signé lorsqu'il n'est défini que par son amplitude maximale et sa direction. C'est le cas des
chargements alternatifs comme une rupture de tuyauterie ou un séisme. Pour l'analyse mécanique du
piquage, les données du DAC à extraire sont les torseurs calculés au noeud de la ligne qui représente
l'intersection entre deux portions de ligne.

4.2
Définition du chargement ASPIC à partir du DAC

La modélisation spatiale d'une ligne de tuyauterie à l'aide d'éléments poutres permet de déterminer en
chacun des noeuds modélisés les torseurs mécaniques qui résultent de l'ensemble des situations de
fonctionnement étudiées. Ces torseurs sont disponibles dans le DAC, dont un extrait est donné dans
[bib14].
Les chargements signés sont des efforts mécaniques classiques, ils sont pratiquement équilibrés. Par
contre les chargements non signés ne sont pas des efforts réels mais seulement les bornes
supérieures de chaque composante. Ils ne sont pas équilibrés.
Pour définir les efforts mécaniques plusieurs étapes sont nécessaires, elles sont décrites dans les
paragraphes suivants.

4.2.1 Etape 1 : changement de repère

Dans la modélisation poutre spatiale, le piquage correspond à un noeud du maillage qui est le point
commun à trois poutres. Les torseurs mécaniques calculés en ce noeud pour chacune des poutres
permettent de connaître les efforts à appliquer aux extrémités R1, R2 et B du piquage. Comme le
repère local lié à chaque poutre ou le repère global "constructeur" dans lequel les torseurs mécaniques
sont calculés ne correspond pas au repère du piquage, cette première étape consiste à effectuer un
changement de repère adéquat afin de déterminer les torseurs mécaniques dans le repère du piquage
(0, X, Y, Z). A l'issue de ce changement de repère, les composantes des torseurs mécaniques sont
notées :

· extrémité R1 : (FR1 , FR1 , FR1 , MR1 , MR1 , MR1

,
1 X
Y
,
1
,
1 Z
1X
Y
,
1
,
1 Z )
· extrémité R2 : (FR2 , FR2 , FR2 , MR2 , MR2 , MR2

,
1 X
Y
,
1
,
1 Z
,
1 X
Y
,
1
,
1 Z )
· extrémité B : (FB , FB , FB , MB , MB , MB

,
1 X
Y
,
1
,
1 Z
,
1 X
Y
,
1
,
1 Z )

Cette étape concerne aussi bien les chargements signés que non signés.
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4.2.2 Etape 2 : rééquilibrage des torseurs

Du fait de la précision des calculs liés à la discrétisation de la ligne de tuyauterie, les torseurs
mécaniques que l'on calcule ne sont pas rigoureusement équilibrés. La correction proposée ici
consiste à rééquilibrer des torseurs par valeur moyenne.
Rééquilibrer les torseurs par valeur moyenne consiste à modifier chaque composante suivant les
formules suivantes :

FR1
FR
1
1
FR1
FR2
FB
2,i =
,
1 i - 3 (
,
1 i +
,
1 i +
,
1 i )


FR2
FR
1
2
FR1
FR2
FB
éq
4.2.2-1
2,i =
,
1 i - 3 (
,
1 i +
,
1 i +
,
1 i )


FB
FB
1 FR1
FR2
FB
2,i =
,
1 i - 3 (
,
1 i +
,
1 i +
,
1 i )
MR1
MR
1
1
MR1
MR2
MB
2,i =
,
1 i - 3 (
,
1 i +
,
1 i +
,
1 i )


et MR2
MR
1
2
MR1
MR2
MB

2,i =
,
1 i - 3 (
,
1 i +
,
1 i +
,
1 i )


MB
MB
1 MR1
MR2
MB
2,i =
,
1 i - 3 (
,
1 i +
,
1 i +
,
1 i )

avec i = (X,Y,Z)

Ainsi les torseurs issus du calcul de ligne vérifient les équations d'équilibres :

1
FR
FR
FB

1
MR
MR
MB
2, X +
22,X +
2, X =
.
0
2, X +
22,X +
2, X =
.
0





1
FR
FR
FB
et
1
MR
MR
MB
éq
4.2.2-2
2,Y +
22,Y +
2,Y =
.
0
2,Y +
22,Y +
2,Y =
.
0





1
FR
FR
FB

1
MR
MR
MB
2,Z +
22,Z +
2,Z =
.
0
2,Z +
22,Z +
2,Z =
.
0


4.2.3 Etape 3 : correction des moments

L'application des efforts aux extrémités R1, R2 et B induit, pour les efforts tranchants, un moment
supplémentaire qu'il est nécessaire de compenser en introduisant une correction sur les moments
rééquilibrés.
Finalement les efforts que l'on applique aux extrémités R1, R2 et B sont définis par :

FR1
FR1
MR1 = MR1
X =

2, X

X
2,X


FR1 = FR1
FR1
et MR1 = MR1 = MR1
FR1
d éq
4.2.3-1
Y
2,Y -
2,Z ×
Y =
2 Y
,

1



FR1
FR1
MR1 = MR1
FR1
d
Z
2,Z +
2,Y ×
Z =
2,Z

1

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FR2
FR2
MR2 = MR2
X =

2, X

X
2,X


FR2 = FR2
FR2
et MR2 = MR2 = MR2
FR2
d
éq 4.2.3-2
Y
2,Y +
2,Z ×
Y =
2 Y
,

1



FR2
FR2
MR2 = MR2
FR2
d
Z
2,Z -
2,Y ×
Z =
2,Z

1
FB
FB
MB = MB
FB
d
X
2,X +
2,Y ×
X =

2, X

2


FB = FB
FB
et MB = MB = MB
FB
d
éq
4.2.3-3
Y
2,Y -
2,X ×
Y =
2 Y
,

2



FB
FB
MB = MB
Z =
2,Z

Z
2,Z

Les équations d'équilibres relatives au piquage sont alors automatiquement vérifiées :

1
FR
FR
FB
X +
2 X +
X =
.
0



1
FR
FR
FB

éq
4.2.3-4
Y +
2Y +
Y =
.
0



1
FR
FR
FB
Y +
2Y +
Y =
.
0
1
MR X +
2
MR X + MBX - FBY ×d2 = .
0


et
1
MR

Y +
2
MR Y + MBY + 1
FR Z ×d FR
d
FB
d
1 -
2Z × 1 +

X × 2 = .
0


1
MR Z +
2
MR Z + MBZ - 1
FR Y ×d FR
d
1 +
2Y × 1 = .
0

Les efforts réels définis par les équations [éq 4.2.3-1] [éq 4.2.3-2] et [éq 4.2.3-3] peuvent être
appliqués directement aux extrémités R1, R2 et B du piquage fissuré. Dans ASPIC l'une des
extrémités du RUN est encastrée (R1 ou R2). Le torseur d'effort définit au paragraphe [§3.2] est
[éq 4.2.3-3] pour l'extrémité de la tubulure et [éq 4.2.3-1] ou [éq 4.2.3-2] pour l'extrémité du corps.

4.2.4 Etape 4 : obtention du chargement maximisé

L'ultime étape consiste à définir le chargement maximisé. Le chargement maximisé est le chargement
correspondant à la combinaison du chargement signé et non signé telle que le taux de restitution
d'énergie, noté Gmax local soit maximum pour une fissure donnée.
Deux méthodes de calcul de Gmax sont disponibles, une analytique décrite dans [bib13], l'autre
numérique et implantée dans Code_Aster.
La méthode analytique concerne le chargement non signé et consiste à rechercher celui qui maximise
le mode d'ouverture I. Le REX [bib15] montre que sa mise en oeuvre est fastidieuse, aussi on
préconise l'emploi de la méthode numérique. Un exemple de la mise en oeuvre de la méthode
analytique est donné dans [bib8]. Cet exemple a permis de valider la méthode analytique par
comparaison du résultat avec la méthode numérique de référence.
La méthode numérique implantée dans Code_Aster examine les trois couples possibles de contraintes
et retient le minimum des maxima atteints (solution conservative par rapport à la solution exacte).
Autrement dit, on calcul trois Gmax, le premier à partir des torseurs définis à l'extrémité du RUN (R1 et
R2), le second à partir des torseurs définis à l'une des extrémité du RUN et à l'extrémité du BRANCH
(R1 et B), le dernier est la combinaison (R2 et B). Un exemple de la mise en oeuvre de la méthode
numérique est donnée dans [bib9].
Il est possible de maximiser le chargement mécanique dans sa totalité, auquel cas, il suffit de calculer
l'amplitude du chargement total comme étant la somme des amplitudes du chargement signé et du
chargement non signé. Le résultat de [bib8] montre que cette façon de faire est conservative par
rapport au cas ou seul le chargement non signé est maximisé.
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Méthodologie pour la réalisation d'une analyse de nocivité de défaut Date
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4.3 Application

Le tableau suivant donne les chargements élémentaires au centre du piquage (relevé dans le DAC)
participants à la situation de catégorie 2. Les chargements signés sont cumulés linéairement entre eux,
les chargements non signés sont quant à eux cumulés quadratiquement. Ces chargements doivent
être affectés d'un coefficient de sécurité de 1.5.
Dans chaque catégorie, les situations sont obtenues par les combinaisons suivantes, par exemple en
2ème catégorie : 1 ­ 17 ­ 18 ­ 19 ­ Max (14, 15, 16) ­ 2 ­ 6 ­ 7 ­ 8 à 13

Intitulé numéro
Nature
Poids propre
1
Signé
Déplacements été
17
Signé
Déplacements hiver
18
Signé
Fluage 19
Signé
Dilatation maximale CP5 GV1
Max (14,15 et 16)
Signé
Séisme normal admissible
2
Non Signé
DDS SNA radial traversées BR
6
Non Signé
DDS SNA tangentiel traversées BR
7
Non Signé
DDS SNA piquage GV
8 à 13
Non Signé

On donne un exemple de la mise en oeuvre des étapes (1, 2 et 3) successives décrites ci dessus pour
le cas de chargement n°1 correspondant au poids propre. Le premier tableau est le résultat de la
transformation de données issues du DAC (second tableau).

Numéro (ASPIC)
FR2x (daN) FR2y (daN) FR2z (daN)
MR2x
MR2y
MR2z
(daN.m)
(daN.m)
(daN.m)
1 (poids propre)
492,93
458,31
­951,23
731,76
­98,90
776,68


Numéro (DAC)
Nx_d (daN) Ty_d (daN) Tz_d (daN)
Cx_d
My_d
Mz_d
(daN.m)
(daN.m)
(daN.m)
1 (poids propre)
21,597
13,021
­1422,562
544,156
1237,734
130,765

Un exemple de maximisation du chargement mécanique est donné dans [bib8] et [bib9].


5
Analyse de nocivité de défaut sur un piquage

Les grandeurs que l'on utilise en mécanique de la rupture sont les facteurs d'intensité de contrainte
pour chaque mode d'ouverture du défaut et le taux de restitution d'énergie. Le taux de restitution
d'énergie G est calculé quel que soit le mode de sollicitation (ouverture ou fermeture) de la fissure.

5.1 Principe

Deux méthodes peuvent être mises en oeuvre à partir des résultats de l'exécution de la macro
commande de calcul. L'une, ou l'on compare le taux de restitution d'énergie élatoplastique G (= JEF) à
la force fissurante J0,2 du matériau. Si le rapport J0,2 / JEF > 1, il n'y a pas risque de rupture brutale.
L'autre, ou le calcul est élastique, on applique alors la méthode analytique de correction plastique.
Pour le cas d'un chargement combinant mécanique et thermique elle consiste en une règle de cumul
entre la méthode Kcp et Jth. En mécanique seule, la méthode codifiée dans le RSE-M est la méthode
Kcp.
L'étude de la correction de plasticité sous chargement mécanique seul (1/Kr) est jugée trop complexe,
la géométrie proprement dite des piquages ne permet pas le calcul de Lr (indicateur du niveau de
plasticité en mécanique). De plus une validation type [bib10] nécessiterait de nombreux calculs
éléments finis en élastoplasticité.
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5.2
Données de sortie ASPIC

Les post-traitements de calcul ASPIC doivent permettre de mettre en oeuvre des analyses de nocivité
de défaut conformément au RSE-M telles que :

· transformation d'un champs de contrainte en facteurs d'intensité de contrainte par la méthode
des fonctions d'influence
· calcul de la correction de plasticité et vérification du domaine de validité.

Pour les piquages sains, les contraintes d'ouverture suivant les modes I, II et III sont calculées.
Via l'opérande RCCM, on peut réaliser un post-traitement du type POST_RCCM, des précautions sont à
prendre au moment de définir les caractéristiques matériau [bib12].
Le taux de restitution de densité d'énergie, noté G, est calculé en fonction de l'abscisse curviligne sur
le fond de fissure et en fonction du temps. C'est cette valeur qui est comparer à la force fissurante du
matériau J0,2 pour évaluation des facteurs de marge.

5.3 Codification

Les critères à appliquer pour les études spécifiques des défauts sont codifiés dans l'annexe 5.6 IV 2 du
RSE-M [bib4] pour les matériels de niveau 2.
La force fissurante J0,2 du matériau à l'amorçage de la déchirure correspond conventionnellement à une
extension ductile de 0,2 mm. Par exemple pour le métal de base type A48 ou A42 et les joints soudés,
ces valeurs sont :

· J0,2 = 92 KJ/m2 pour une température inférieure ou égale à 100°C
· J0,2 = 55 KJ/m2 pour une température supérieure ou égale à 200°C

Les valeurs de J0,2 peuvent être interpoler linéairement entre 100°C et 200°C

5.4 Exemple
d'application

On trouve des exemples d'utilisation dans les documents [bib8], [bib9].
On résume dans le tableau suivant les résultats de l'analyse de nocivité de défaut sur le piquage
ANG-ASG du palier CP0-BGY [bib9].

Piquage ANG-ASG
Interface droite
a (mm)
3
c/a
17,3
Tmoy °C
186
J EF
e
(KJ/m2)
4,87
JEF (KJ/m2)
3,32
J0,2 (KJ/m2)
60,2
J0,2/ JEF
18,13

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6
Conditions d'utilisation ou d'application des résultats

Les calculs plastiques doivent être réservés aux analyses mécaniques de type expertise en raison du
temps de calcul associé (voir annexe). La préparation des données d'entrée pour les macro-
commandes d'ASPIC demande beaucoup de rigueur. Un REX [bib15] de travaux pratiques avec
ASPIC a montré que la préparation des chargements et l'obtention du chargement maximisé prend 2 à
3 journées de travail pour un ingénieur. Pour obtenir le chargement maximisé, on préconise d'utiliser la
méthode numérique de calcul du Gmax local.
Pour le calcul de la force fissurante, on préconise l'utilisation de la méthode analytique comme dans
[bib8] et [bib9]. Pour cela il faut préalablement vérifier que le domaine d'application est compris dans le
domaine de validité des méthodes codifiées dans le RSE-M [bib4].
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Annexe 1 Exemple de fichier de données ASPIC

Le langage de commande décrit ci dessous correspond à la version 6 de Code_Aster.

# AUTEUR N. Ligneau
# Piquage ARE-ASG GRAVELINES 3
# FRA EER DC 1470 C du 15/12/99
#
# Piquage fissure
#
# ASTER-V6.04
#
# unités : N, mm, MPa

DEBUT (CODE=_F ( NOM = 'ARE-ASG' ) )

MA = MACR_ASPIC_MAIL(
EXEC_MAILLAGE=_F( LOGICIEL = 'GIBI2000',),
TUBULURE =_F( E_BASE = 21.4,
DEXT_BASE = 140.0,
L_BASE = 41.0,
L_CHANF = 40.8,
E_TUBU = 8.0,
DEXT_TUBU = 114.3,
Z_MAX = 490.49,
TYPE = 'TYPE_2'),
RAFF_MAIL = 'GROS',
SOUDURE =_F( H_SOUD = 15.0,
ANGL_SOUD = 30.0,
JEU_SOUD = 2.5 ),
CORPS =_F( E_CORP = 30.9,
DEXT_CORP = 406.4,
X_MAX = 764.47),

# fissure a = 3 mm

FISS_SOUDURE =_F( TYPE = 'LONGUE',
PROFONDEUR = 3.0,
LONGUEUR = 104.0,
AZIMUT = 0.0,
POSITION = 'DROIT',
FISSURE = 'DEB_INT')
)

# Tu42C

TU42C=DEFI_MATERIAU(ELAS=_F( E = 1.99100E5,
NU = 0.3,
ALPHA = 1.845E-05,),
RCCM=_F( SM = 103.0, ),
THER=_F( LAMBDA = 0.0514,
RHO_CP = 3.8394E-3,))

# Données du coefficient d'échange sur la peau interne

COEFHCOR=DEFI_CONSTANTE(VALE=1.85E-3,)
COEFHTUB=DEFI_CONSTANTE(VALE=0.01775,)
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# Description de la variation des chargements au cours du temps

VARTEMP=DEFI_FONCTION(NOM_PARA='INST',
VALE=( 0.0, 220.0,
1.0, 220.0,
2.0, 7.0,),
PROL_DROITE='CONSTANT')

VARP=DEFI_FONCTION(NOM_PARA='INST',
VALE=( 0.0, 0.0,
1.0, 1.0,),
PROL_DROITE='CONSTANT')

VARFOR=DEFI_FONCTION(NOM_PARA='INST',
VALE=( 0.0, 0.0,
1.0, 1.0,),
PROL_DROITE='CONSTANT')

LIST=DEFI_LIST_REEL(DEBUT=0.0,
INTERVALLE=( _F( JUSQU_A = 1.0,
NOMBRE = 1,),
_F( JUSQU_A = 2.0,
NOMBRE = 10,),
_F( JUSQU_A = 6.0,
NOMBRE = 8,),
_F( JUSQU_A = 10.0,
NOMBRE = 4,)))

RESUTher = MACR_ASPIC_CALC (
TYPE_MAILLAGE = 'FISS_LONG_DEB',
TUBULURE =_F( TYPE = 'TYPE_2'),
MODELE = CO("MOD"),
MAILLAGE =MA,
RESU_THER =CO("RESUTH"),
AFFE_MATERIAU=_F( TOUT = 'OUI',
RCCM = 'OUI',
MATER = TU42C,
TEMP_REF = 220.0),
ECHANGE=_F( COEF_H_TUBU = COEFHTUB,
COEF_H_CORP = COEFHCOR,
TEMP_EXT = VARTEMP),
EQUILIBRE=_F( NOEUD = 'P2_CORP',),
PRES_REP =_F( PRES = 0.0,
NOEUD = 'P1_CORP',
EFFE_FOND = 'OUI',
FONC_MULT = VARP),
COMP_ELAS=_F( RELATION = 'ELAS',),
INCREMENT=_F( LIST_INST = LIST,),
NEWTON =_F( REAC_INCR = 50,
MATRICE = 'TANGENTE',
REAC_ITER = 10),
THETA_3D =(_F(R_INF=0.1,
R_SUP=1.0,),
_F(R_INF=0.5,
R_SUP=1.0,),
_F(R_INF=0.25,
R_SUP=2.0,),
_F(R_INF=0.5,
R_SUP=2.5,))

FIN ()
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Annexe 2 Guide à l'utilisation de l'outil métier

Temps de calcul sur Origin 2000, (on peut diviser par trois pour avoir une estimation sur Alphaserver).

Nb ddl
Espace mémoire
Tps de calcul total (s CPU)
(Mo)
100 000
1500
CALCUL THERMO_ELASTIQUE
maillage sans défaut
Solveur THER_LINE : 10 s CPU/pas de tps
raffinement 'FIN'
Solveur STAT_NON_LINE et CALC_ELEM : 1000 s CPU pour
le 1er incrément, 55 s CPU pour les suivants
Dépouillement en température : 6 s CPU/pas de tps
Dépouillement en contrainte : 100 s CPU/pas de tps
102 000
2500
CALCUL THERMO_PLASTIQUE
maillage avec fissure
Solveur THER_LINE : 21 s CPU/pas de tps
longue
Solveur STAT_NON_LINE et CALC_ELEM : 12 000 s CPU/pas
raffinement 'GROS'
de tps en moyenne (3 à 4 itérations par pas de calcul) ­ soit
un total de 76h CPU de calcul pour 23 pas de temps.
Dépouillement en température : temps négligeable
Dépouillement en Gthéta : 10s CPU/pas de tps

Les calculs plastiques doivent être réservés aux analyses mécaniques de type expertise en raison du temps de
calcul associé.
Les temps de calcul pour déterminer le G local maximal sont importants. Ils sont précisés dans le tableau
ci-dessous :


Temps CPU total (en s)
Mémoire demandée (Mo)
Défaut droit
70752
1100
Défaut incliné
64466
1100

Maillage sain
Pour les transitoires thermiques, il faut utiliser un raffinement dit 'FIN' de maillage.
Pour dépouiller les champs de contrainte sous chargement élémentaires, il faut dépouiller dans des plans
espacés au maximum de 15°. Soit 24 plans au total pour ASPIC.

Géométrie de la soudure
La géométrie de la soudure a une influence : l'angle total couvert et la surépaisseur extérieure. Pour l'angle, les
deux interfaces soudure corps et soudure tubulure constitue des positions extrêmes et donnent également des
résultats qui enveloppent tous les plans intermédiaires. Quant à la surépaisseur, on ne peut conclure de façon
fiable uniquement à partir des résultats présentés ici. On conclura de façon très globale en disant que plus cette
surépaisseur est petite, moins on a de matière et donc plus on se place dans une configuration géométrique
pénalisante.

Calcul élastique
La macro commande de calcul ASPIC fait appel au solveur STAT_NON_LINE. Les options par défaut de ce
solveur implique une actualisation de la matrice de rigidité à chaque incrément, ce qui est coûteux en temps de
calcul (1000s à chaque résolution) si on doit calculer plusieurs pas de chargement (cas d'un transitoire
thermique) et inutile pour une analyse élastique . Par conséquent, il faut absolument indiquer dans la macro
commande de calcul ASPIC l'option :
SOLVEUR =_F(
REAC_INCR = n,

n > nombre d'incrément total du calcul
MATRICE = `TANGENTE',
REAC_ITER = 0 ),

Calcul élasto-plastique
Ces calculs sont très longs et très coûteux. Différentes options ont été utilisées sous le mot clé NEWTON :
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OPTION 1 :
NEWTON =_F( MATRICE = `ELASTIQUE'),
· Le calcul converge très lentement (plus de 10 itérations pour un incrément),
beaucoup plus lentement qu'avec une matrice TANGENTE.

OPTION 2 :
NEWTON =_F( REAC_INCR = 1,
MATRICE
=
`TANGENTE',



REAC_ITER = 1 ),
RECH_LINEAIRE =_F( RESI_LINE_RELA = 1.0E-3,






ITER_LINE_MAXI = 3 ),
· Pour que le calcul converge avec un nombre d'itérations raisonnable (3 à 4
itérations par incrément de temps) il faut actualiser la matrice tangente à chaque
incrément.
· L'utilisation de l'option de recherche linéaire ne semble pas modifier beaucoup
le temps de calcul. Le coefficient de recherche linéaire est très proche de 1.


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Annexe 3 Référentiel méthodologique

Les synthèses des notes constituant le référentiel méthodologique sont restituées ci dessous.

Etude de validation ASPIC : Piquage ARE-ASG sous chargement mécanique et thermique. N. LIGNEAU -
SEPTEN E-N-T-MS/00-01631 A
Cette note a permis de :

· valider la méthode analytique de maximisation du chargement non signé par comparaison avec une
méthode de référence [bib12]
· valider l'utilisation de l'outil métier ASPIC pour mettre en oeuvre une analyse de nocivité par
comparaison avec un calcul réalisé par FRAMATOME
· valider ASPIC pour les analyses thermo-mécaniques linéaires.

Méthode analytique de correction plastique pour les piquages sous chargement thermique et
thermomécanique J.P. SERMAGE ­ SEPTEN E-N-ES-MS/02-01069 A
Cette note, via la démarche générale d'analyse de nocivité de défaut s'appuyant sur les méthodes codifiées
dans le RSE-M et sur la base de l'étude [bib5], a permis de valider :

· l'utilisation de la méthode Jth, pour les chargements thermiques seuls
· la combinaison des méthodes Kcp et Jth dans le cas de chargements combinés mécaniques et
thermiques.

Outil-métier ASPIC ­ Validation des maillages pour le calcul de transitoires thermiques S. MUSI,
A. BENAZIZA ­ SEPTEN E-N-T-MS/00-01108 A
Cette note a permis de :

· valider des maillages de piquage sain et fissuré en élasticité linéaire
· contribuer à la validation des maillages de piquages fissurés en élastoplasticité par une comparaison
qualitative avec une étude FRAMATOME, dont la référence est donnée ci dessous :

Piquage ARE/ASG de GRAVELINES 3 Calculs 3D élastoplastiques du piquage comportant un défaut
circonférentiel en situations de 2ème, 3ème et 4ème catégories Note FRA EER/DC/1470 indice C, N°
FDU : 00A04082

Analyse de nocivité de défaut dans un piquage : validation de la méthode simplifiée des fonctions
d'influence. N. LIGNEAU ­ SEPTEN E-N-T-MS/00-00828 A
Cette note a permis de :

· valider l'utilisation de la méthode analytique des fonctions d'influence codifiée dans le RSE-M pour le
calcul du taux de restitution d'énergie élastique
· montrer la faisabilité d'une étude de nocivité de défaut avec ASPIC

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7 Bibliographie

[1]
J. P. SERMAGE : Méthodologie pour la réalisation d'une analyse de nocivité de défaut avec
l'outil métier ASPIC, préparation des données. Note SEPTEN E-N-ES-MS/02-01078A
[2]
C. CHEDEAU : Spécification pour la poursuite du développement sous assurance qualité
d'ASPIC - UTO D4507-SIS-CDE/CDE-98/1916
[3]
J. P. SERMAGE : Plan Qualité Détaillé du lot « outil-métier ASPIC » du projet « Prestation
pour l'UTO » - SEPTEN E-N-ES-MS/01-01051 A
[4]
RSE-M Edition 1997 et modificatifs de 1997 à 2000
[5]
C. JEAN : Fiche de mise en exploitation du logiciel Code_Aster version 5.7. Note
E-N-ES-MS/02-00733.A
[6]
N. LIGNEAU : Etude de validation ASPIC : Piquage ARE-ASG sous chargement mécanique
et thermique - SEPTEN E-N-T-MS/00-01631 A
[7]
S. MUSI, A. BENAZIZA : Outil-métier ASPIC ­ Validation des maillages pour le calcul de
transitoires thermiques - SEPTEN E-N-T-MS/00-01108 A
[8]
N. LIGNEAU : Analyse de nocivité de défaut dans un piquage : validation de la méthode
simplifiée des fonctions d'influence - SEPTEN E-N-T-MS/00-00828 A
[9]
J.P. SERMAGE : Méthode analytique de correction plastique pour les piquages sous
chargement thermique et thermomécanique - SEPTEN E-N-ES-MS/02-01069 A
[10]
M.H. LACIRE : Tubes avec défauts circonférentiels : validation de la méthode simplifiée de
calcul de J sous chargement mécanique - Rapport CEA SEMT/LISN/RT/99-036/A
[11]
RCC-M ­Tome I ­ Volumes B-C-D : matériel de niveaux 1,2 et 3 AFCEN édition 2000.
[12] Documentation
utilisation des macro-commandes MACR_ASPIC_MAIL et MACR_ASPIC_CALC
[13]
Y. MEZIERE : Méthodologie d'analyse de nocivité de défauts dans les piquage en élasticité
linéaire - SEPTEN E-N-T-MS/98-00268 A
[14]
Données et hypothèses pour la validation de la méthode analytique de correction plastique
pour les piquages ASPIC. Courier UTO D4507-SIS-BUI n°01/0677
[15]
Outil-métier ASPIC ­ Retour d'expérience UTO. CR d'évaluation E-N-T-MS/01-00100-A

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