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	COMPTE-RENDU DE LA JOURNEE par Christophe Dellis (CEA DRN/DMT/SEMT)

1. Introduction

Le 28 octobre 1999 s'est tenu la journée annuelle du "Club CASTEM2000" organisée par le CEA/DMT/SEMT et la société EUROSIM qui industrialise le logiciel. 80 participants étaient présents.

On remarque une répartition des 12 exposés de la journée en moitié utilisation mécanique des structures et moitié mécanique des fluides ou interactions fluides/structures, ainsi qu'un exposé commun LM2S/LTMF sur les développements de l'année dans ces domaines au sein des 6 laboratoires du SEMT.

2. Présentations de la journée

L'accueil de Thierry CHARRAS (CEA/LM2S) a permis de rappeler l'existence du site internet pour CASTEM2000 (http://www.castem.org:8001) sur lequel de nombreux documents et informations sont disponibles. Il était ainsi possible de s'inscrire au Club et de trouver le programme de la journée via le site. La société SDRC est présente au Club pour présenter son outil Ideas (outil de Conception Assistée par Ordinateur et de maillage). Il est prévu une interface bidirectionnel entre Ideas et CASTEM2000.

2.1. La journée débute avec la présentation de Laurent GORNET (EC Nantes) sur la simulation de l'endommagement de matériau composite. Cette modélisation mésoscopique du matériau composite utilise des éléments joints pour les interfaces et a nécessité le développement de nouveaux modèles pour les plis (matériau HINTE en 2D et GINTE en 3D). Une première série de résultats sur des éprouvettes de caractérisation montre un bon accord entre les simulations et l'expérience. Un cas d'application sur une éprouvette avec défaut soumise à un chargement de compression est ensuite présenté. Celui-ci nécessite l'utilisation de fonctionnalités préexistante dans CASTEM2000, notamment les contacts et les non-linéarités géométriques. Les futurs développements portent sur le comportement en dynamique et le traitement des impacts. La discussion a mis en évidence le problème des expérimentations pour l'identification des paramètres des modèles.

2.2. Cataldo CAROLI (ENEA) a présenté une application thermohydraulique couplée au calcul de structure pour déterminer la tenue mécanique d'une cuve de réacteur REP en cas d'accident grave (fusion du cœur). Un calcul thermohydraulique sur un transitoire de 6 heures permet de déterminer le chargement thermique sur la cuve. Il met en évidence 2 écoulements séparés dans le corium : 1 écoulement dans une couche métallique en surface et 1 écoulement dans une couche d'oxydes en profondeur. Une fusion partielle de la cuve est observée, notamment au contact de la couche métallique. La couche oxyde, pourtant plus chaude à cœur protège partiellement la cuve du fait de la création d'une croûte dont la diffusion thermique est très faible. On remarque un très fort gradient de température dans la cuve qui est refroidit par de l'eau à l'extérieur dans le scénario présenté. Le calcul mécanique effectué en chaînage utilise un comportement mécanique de la cuve dépendant de la température. Il passe progressivement d'un comportement élasto-plastique à un comportement viscoplastique et enfin à un matériau sans résistance mécanique pour prendre en compte la fusion partielle de la cuve. Les résultats du calcul sur toute la durée du transitoire montre que la cuve résiste au chargement mécanique pris en compte. C'est surtout la partie de la cuve non fondue qui résiste, et c'est donc essentiellement le comportement élasto-plastique de la cuve qu'il faudrait affiner. Tous les calculs (fluide, thermique, structure) ont été effectués avec CASTEM2000.

2.3. Comme chaque année Alain MILLARD (CEA/LM2S) présente les nouvelles fonctionnalités de CASTEM2000 pour la mécanique des structures. Il souligne qu'il s'agit surtout d'améliorations et qu'il y a peu de réels développements.

Parmi les anciens opérateurs présentant de nouvelles fonctionnalités, il faut retenir :

- la possibilité de choisir la méthode de résolution (directe ou itérative) par une directive (OPTI RESO) en lieu et place de l'option GRAD de l'opérateur RESO. Ceci permet d'accéder au solveur itératif dans des procédures comme PASAPAS.

- l'extension au champs par éléments de quelques opérateurs (EXTR, NOMC, PSCA, *, ...)

- des améliorations dans l'opérateur TRAC pour le post-traitement (interactivité pour le choix des composantes à tracer).

De nouvelles procédures sont fournies notamment pour les calculs de fiabilité par les méthodes FORM (FIABILI, FDENS, REPART, FINUREPA, NATAF).

Quelques nouveaux matériaux ont été implantés notamment pour le fluage et les poutres à fibres. Le problème aujourd'hui semble plus de choisir le bon matériau disponible que de l'implanter dans CASTEM.

Enfin, des améliorations diverses sont citées, qui concernent particulièrement :

- les performances (MUTU, TASS, MENA, ...)

- le non linéaire (frottement, intégration des lois élasto-plastiques, pas automatique, critère de convergence, ...)

- la résolution (renumérotation par bissection emboîtée, solveur non symétrique, gradient conjugué, super éléments, relations, ...)

- divers (format de fichier AVS, tracé, parallélisme).

Pour conclure, les nouveaux documents présents sur le site internet sont cités ainsi que le forum de discussion mis en place par l'université de Montpellier.

Les nouvelles fonctionnalités pour la mécanique des fluides sont présentées par Frédéric DABBENE (CEA/LTMF). Les différents domaines de la mécanique des fluides couverts par CASTEM2000 sont rappelés.

Le premier point cité est la "fusion" des approches avec la partie mécanique des structures, notamment avec l'apparition d'objets "modèle" pour les écoulement de Navier-Stokes. En conséquence, la table domaine disparaît.

On retiendra parmi les développements présentés :

- les modifications de la procédure EXEC,

- de nouveaux éléments finis quadratiques,

- la disponibilité de solveurs itératifs,

- l'opérateur DETO pour la détonation.

Ce dernier développement est illustré par une application 3D sur une bulle dans un cube, avec la comparaison des mesures expérimentales et des résultats du calcul.

2.4. Pedro DIEZ (UPC Barcelone) présente des calculs de couplage mécanique/chimique pour la sûreté des réservoirs souterrains pour des résidus nucléaires. Les problèmes chimiques traités sont fortement non-linéaire et réclament donc une adaptativité du maillage en fonction du temps. Pour cela, un remaillage adaptatif est nécessaire toutes les 5 à 20 itérations à partir d'un critère d'erreur qui est évalué à posteriori. Des résultats de calcul sont présentés pour des caractéristiques chimiques linéaires ou non. La zone raffinée se déplace au cours de l'évolution du calcul. Il est à noter que l'opération de remaillage adaptatif est effectuée à l'aide d'un logiciel développé à l'université de Barcelone. La nouveauté par rapport aux résultats présentés au précédent Club CASTEM est qu'au lieu d'un chaînage externe de code, il est ici fait appel au logiciel de remaillage via la commande EXTE de CASTEM. Le logiciel est alors vu de CASTEM comme un nouvel opérateur.

2.5. Gilles BERNARD-MICHEL (CEA/LTMF) présente les résultats de sa thèse réalisée au SEMT/LTMF avec la DCC de Marcoule pour l'optimisation d'un extracteur centrifuge pour le traitement des effluents radioactifs. L'étude d'écoulement tournant monophasique, puis diphasique 2D-plan sont présentés. Enfin des résultats pour un extracteur centrifuge sont présentés avec des commentaires sur les phénomènes calculés et les observations expérimentales (entraînement de particules légères pour des vitesses de centrifugation élevée du fait des écoulement à grande vitesse des particules lourdes, écoulements le long des parois et zone quasi-stationnaire au centre des cellules d'écoulement). L'utilisation de méthodes implicites permet de capturer les phénomènes avec des maillages relativement grossiers permettant des calculs en interactif.

2.6. Frédéric DUBOIS (LGC Egletons) avait présenté l'année dernière les premiers pas de l'IUT d'Egletons avec CASTEM2000 appliqué au bois. Des manques étant constatés dans CASTEM pour bien prendre en compte les phénomènes sur les matériaux qu'ils étudient (bitume, bois, béton), quelques développements ont été réalisés cette année. Il s'agit d'un traitement de la visco-élasticité par des modèles de Kelvin-Voigt au lieu du modèle de Maxwell existant dans CASTEM. Cette nouvelle formulation incrémentale permet de prendre en compte les chargements mécanique et thermique ainsi que l'histoire du matériau pour ces chargements. Ceci est intégré dans une procédure, ainsi que dans PASAPAS pour le couplage thermo-mécanique. Deux applications pour des bitumes sont présentées : un refroidissement du lopin qui est alors sollicité en traction, et un chauffage le sollicitant en compression. Les réponses observées sont conformes à celles attendues. Aucune comparaison avec l'expérience n'est présentée dans la mesure où les caractéristiques réelles du matériau ne sont pas connues.

2.7. Le problème de l'identification des paramètres des lois de comportement a été soulevé à travers plusieurs présentation (Laurent Gornet 2.1, Frédéric Dubois 2.6). Elle est abordée par Nicolas TARDIEU (X LMS) via l'analyse d'un essai de micro-indentation pour identifier les paramètres d'une loi de comportement non linéaire. Il dispose pour cela du problème direct (simulation de l'essai de micro-indentation) et du problème inverse (identification de la loi à partir de la courbe expérimentale). Ces deux problèmes sont résolus avec CASTEM2000, et l'optimisation des paramètres de la loi est effectué par la minimisation d'une fonctionnelle sous la contrainte de la résolution du problème direct. Ce problème de minimisation est résolu à l'aide du logiciel Mathematica qui pilote CASTEM pour la résolution des problèmes direct et inverse. Des applications sont montrées pour des matériaux modèles pour lesquels les "résultats de l'expérience" sont le résultat d'un premier calcul direct. Il s'agit d'un bi-matériau, d'un matériau à gradient de propriété suivant le rayon et d'un matériau viscoplastique. Pour chaque cas 4 valeurs de départ sont étudiées, et la convergence est obtenue en 10 itérations vers la solution. Pour le cas d'une loi de Norton-Hoff en grands déplacements, 50 itérations sont nécessaires.

2.8. Grégory TURBELIN (CEMIF) calcule les efforts turbulents induits sur une structure par les fluctuations de la vitesse du vent incident. Il réalise des calculs pour trois types de section : une aile NACA0012, un rectangle et la section du pont de Normandie. La section d'aile lui permet de retrouver par le calcul des résultats cohérents avec les théories développées en aéronautique. Il met en évidence les limites du calcul quasi-statique utilisé en aéronautique par l'identification des fonctions indicielles de chaque section et de la signature turbulente de la structure. Dans le cas de la section rectangulaire on note une réponse transitoire passant par un pic, suivi d'oscillations. Un comportement intermédiaire est observé pour le pont de Normandie. Dans tous les cas les calculs sont effectués avec une structure fixe (effets aéro-élastique non pris en compte). La signature turbulente n'apparaît qu'en cas de dépassement indiciel.

2.9. Laurent ULMET (LGC Egletons) présente un développement réalisé par l'IUT d'Egletons sur les équations intégrales utilisant des méthodes de collocation ou des méthodes variationnelles pour des éléments quadrangulaires. Des applications à des sphères sous pression sont présentés. Ces cas simples permettent de tester les modèles car on dispose des solutions analytiques. Une traction uniaxiale sur un barreau est ensuite présentée. Des conditions de symétrie sont imposées sur les éléments frontières afin de mettre en évidence les limites de chacune des approches. Pour les méthodes de collocation, il faut dédoubler les inconnues aux faces présentant des conditions de symétrie. Pour les méthodes variationnelles, les problèmes sont liés aux cas des éléments coïncident ou adjacent. Il est prévu d'étendre ces méthodes aux éléments triangulaires et d'améliorer les phases d'intégration. Aucun problème particulier n'a été rencontré pour effectuer ses développements en ESOPE (après la formation de deux jours dispensés en 1998), et le seul problème cité concerne la connaissance de l'existant de manière à pouvoir capitaliser sur celui-ci en évitant de redévelopper des doublons.

2.10. Pierre PEGON (ISPRA) présente les développements effectués cette année au CCR/ISPRA pour l'acoustique linéaire. Il s'agit de problème couplé fluide (compressible sans masse avec ou sans surface libre) / structure. Les développements spécifiques ont portés sur la correction des erreurs, une nouvelle syntaxe de l'opérateur RECO et des modifications sur l'opérateur CHAN en l'étendant aux objets matrices, la création d'un opérateur de résolution du problème complexe (REZO), l'écriture d'un nouveau problème permettant de symétriser le problème initial non-symétrique et enfin la création d'un opérateur pour la construction des matrices spécifiques (ACOU). Ces développements seront disponibles pour les 2D et 3D pour les éléments de structures. Deux exemples sont présentés : un calcul sur un fluide qui permet de montrer que la solution est identique en 2D-axisymmétrique et en 3D, et un cas couplé fluide/structure avec de l'air (couplage faible) ou de l'eau (couplage fort) pour le fluide. Il s'agit d'un benchmark proposé par Paquaz, Atalla et Géradin. Quatre approches sont présentées utilisant les bases modales du fluide et de la structure et du problème couplé. Il est recommandé d'effectuer une normalisation de la base modale et de résoudre le problème complexe symétrisé.

2.11. Pascal MAUGIS (CEA/LTMF) présente des calculs de dimensionnement de la maquette MASSILIA pour l'étude de l'entreposage des déchets nucléaires dans du sable. Deux inconnues sont considérées : la succion du sol et la température. Le calcul de l'écoulement autour du colis dans la maquette MASSILIA est présenté sur des calculs 2D avec une interprétation des phénomènes physiques. Les développements à venir concernent le tridimensionnel et un opérateur de convection non-linéaire.

2.12. Claude STRUB (CEA/LEMO) présente l'application métier TOUTATIS développé à partir de CASTEM2000. Le problème de l'interaction pastille-gaine des crayons combustible REP est étudié en 2D-axisymmétrique et 3D pour des irradiations en réacteur ou des rampes de puissances. Les mesures réalisés sur des crayons combustibles sont bien représentées par le calcul. Notamment les plis primaires de la gaine dus au gonflement thermique des pastilles sont obtenus (calcul 2D), de même que les plis secondaires apparaissant lors de rampes avec le fluage de la gaine (calcul 3D sur pastilles fragmentées).

3. Débat utilisateur/développeur

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