Caractérisation du comportement à rupture de tubes de gaines des crayons combustibles après un Accident de Perte de Réfrigérant Primaire

National audienceDans le cadre des études visant à garantir l'intégrité de la gaine des crayons combustibles, EDF est amené à caractériser la ductilité de la gaine après Accident de Perte de Réfrigérant Primaire (APRP). L'étude porte sur la caractérisation du comportement à rupture de tubes en Zircaloy-4 détendu pour lesquels les conditions d'APRP ont été simulées en laboratoire par une oxydation en vapeur à haute température suivie d'un refroidissement. L'oxydation est effectuée à 1100°C et à 1200°C pour différentes durées ce qui conduit à des niveaux d'oxydation de 3% à 25% d'ECR (Equivalent Cladding Reacted). Deux types de refroidissement sont par ailleurs effectués : trempe à l'eau et refroidissement à l'air. Les essais Expansion due à la Compression (EDC) sont effectués sur les tubes ayant subi l'oxydation et le refroidissement. Le comportement à rupture des tubes est caractérisé à partir de l'analyse des courbes macroscopiques force/déplacement de l'essai, du champ de déformations des tubes mesuré par stéréo-corrélation d'images et grâce à l'observation des échantillons rompus ou pré-déformés. L'interprétation des essais EDC est complétée par la modélisation de cet essai par la méthode des éléments finis

Mechanical behavior modeling in the presence of strain aging

International audiencePiobert-Luders phenomenon is modeled by means ....

Comportement et rupture d'aciers en présence de vieillissement sous déformation

Les aciers au C-Mn sont sujets au phénomène de vieillissement sous déformation, qui est à l'origine de la localisation de la plasticité sous forme de bandes de Piobert-Lüders (vieillissement statique) ou d'instabilités de Portevin - Le Chatelier (vieillissement dynamique). Le matériau présente alors une sensibilité négative à la vitesse de déformation ainsi qu'une chute de la ténacité à 200 °C. Cette étude propose de prendre en compte le vieillissement statique et dynamique dans la loi de comportement, à l'aide du modèle de Mac Cormick. Les simulations par éléments finis de l'essai de traction simple permettent de reproduire les effets de localisation de la déformation de type Lüders ou Portevin – Le Chatelier (PLC) ainsi que la sensibilité négative à la vitesse de déformation. Une étude numérique des éprouvettes CT a permis de montrer l'influence du vieillissement statique et dynamique sur le développement de la plasticité en pointe de fissure

Numerical prediction of the effect of irradiation on the Charpy Upper Shelf Energy of Reactor Pressure Vessel steels

International audienceNeutron irradiation affects the mechanical properties of Reactor Pressure Vessel (RPV) steels used in Light Water Reactors (LWR). Fracture properties are particularly monitored based on surveillance programs, mostly through Charpyimpact tests. The evolutions of Ductile Brittle Transition Temperature (DBTT) and Upper Shelf Energy (USE) with irradiation are evaluated and used for structural integrity assessment depending on regulation procedures. Semi-empiricalcorrelations have been proposed to predict DBTT and USE shifts as a function of material chemical composition and fastneutron fluence, based on extended experimental database. In this study, numerical simulations of Charpy impact tests areperformed in order to predict quantitatively the evolution of USE with irradiation. In a first part, the mechanical propertiesof an A508 Cl3 RPV steel are presented, including tensile tests on flat and notched samples and Charpy impact tests, forvarious irradiation levels and test temperatures. USE values are found to be within the bounds of correlation curves. In asecond part, the experimental data are used to calibrate constitutive equations describing the material behavior up to highstrain levels. Charpy impact test finite element simulations are then detailed, including ductile fracture modelling. In athird part, the ductile fracture model is calibrated based on the experimental data, and numerical simulations are used topredict the evolution of USE with irradiation. The decrease of USE with irradiation is recovered, and the numerical results are found to be in quantitative agreement with the correlation curves. Additional simulations confirm the agreementfor different reference unirradiated USE and chemical composition, as well as using a simplified ductile fracture model.These results indicate that numerical simulations of Charpy impact test relying on calibrated constitutive equations can beused to predict USE and required experimental characterization are finally discussed

Comportement et rupture d'aciers en présence de vieillissement sous déformation

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.International audienceLes aciers au C-Mn sont sujets au phénomène de vieillissement sous déformation, qui est à l'origine de la localisation de la plasticité sous forme de bandes de Piobert-Lüders (vieillissement statique) ou d'instabilités de Portevin - Le Chatelier (vieillissement dynamique). Le matériau présente alors une sensibilité négative à la vitesse de déformation ainsi qu'une chute de la ténacité à 200 °C. Cette étude propose de prendre en compte le vieillissement statique et dynamique dans la loi de comportement, à l'aide du modèle de Mac Cormick. Les simulations par éléments finis de l'essai de traction simple permettent de reproduire les effets de localisation de la déformation de type Lüders ou Portevin – Le Chatelier (PLC) ainsi que la sensibilité négative à la vitesse de déformation. Une étude numérique des éprouvettes CT a permis de montrer l'influence du vieillissement statique et dynamique sur le développement de la plasticité en pointe de fissure

Identification of a strain-aging model accounting for Lüders behavior in a C-Mn steel

International audienceStrain-aging constitutive models are suitable to simulate the formation and propagation of Lüders bands in complex specimens and components. The identification of the corresponding material parameters is difficult because the strain localization phenomena associated with the Lüders behavior must be taken into account. The spurious mesh dependence of standard finite element simulations of Lüders band propagation is illustrated in the present work and removed using a strain gradient plasticity model. Furthermore the gradient approach introduces a characteristic size corresponding to the finite dimension of the Lüders band front as observed from strain field measurements. The parameters are identified from the experimental measurement of the peak stress and plastic strain carried by the band for a C-Mn steel over a temperature range from −150°C to room temperature and for several strain rates. The validity of the model is tested on 3D simulations of the Lüders band propagation in a strain gradient plasticity medium

Stress relieved Zircaloy-4 recovery and recrystallization during fast anisothermal transients

International audienceCold-work stress-relieved Zircaloy-4 kinetics of recovery-recrystallization has been studied under dynamic conditions. A specific furnace dilatometer was used to heat Zircaloy-4 specimens up to 430 °C∙s〗^(-1). Comparison of dynamic results with data of isothermal recovery and recrystallization showed that the process is delayed when the heating rate is increased. A model was proposed to describe the evolution of the material unrecrystallized fraction during rapid anisothermal transients. Comparisons showed a good agreement between the experimental results and the model predictions

Contribution to the understanding of brittle fracture conditions of zirconium alloy fuel cladding tubes during LOCA transient

International audienceThis work addressed fracture mechanisms of nuclear fuel claddings in hypothetical Loss-Of-Coolant-Accident (LOCA) conditions. To this aim, laboratory-scale “semi-integral” thermal-mechanical testswere carried out, using an oxidation temperature of 1200 C, slow cooling down to 700 C and a finalquench by reflooding under an axial load.Two fracture mechanisms were observed. Fracture in the burst zone was due to oxide formation andsubsequent transformation of ductile b into brittle oxygen-enriched a(O). The second fracture mechanismaffected a region both enriched in oxygen and in hydrogen due to secondary hydriding.In the investigated conditions, fracture location was independent of burst morphology, oxidation timeand axial loading. A fracture scenario as a function of the reflooding transient was proposed. Physicalfracture mechanisms were elucidated with respect to microstructural evolution in these two regions.Based on the local distribution of chemical elements and phases, a fracture threshold function of thelocal, layered microstructure was suggested for each fracture location

Portevin-Le Chatelier (PLC) instabilities and slant fracture in C-Mn steel round tensile specimens

International audienceRound tensile specimens of a C-Mn steel were tested at different strain rates and temperatures. Some of the samples tested in the Portevin-Le Chatelier (PLC) domain exhibit slant fracture surfaces. Spherical dimples were evidenced all over the slant fracture surfaces. Numerical simulations showed that stress triaxiality increases around PLC bands and that slant fracture occurs within a PLC band. In a round specimen, this band is plane and inclined, whereas some numerical results predict conical bands