Simulations EF du couplage entre diffusion et piégeage de l’hydrogène sous sollicitations thermomécaniques : Applications relatives au fer et au tungstène

Abstract

The aim of this thesis work is to take up the previous work on diffusion / plasticity coupling under Abaqus and to implement in the finite element code a transient trapping process in a UMATHT user procedure, the equation of heat in a UEL procedure, and modify the mechanical behavior in the UMAT procedure, in order to solve in a coupled and simultaneous way the diffusion / trapping problems of hydrogen subjected to thermomechanical loadings.The model thus developed with transient diffusion / trapping coupling was first confronted, and validated on several materials (tungsten and iron) by comparisons on test cases with other codes of the literature (in particular the MRE HIIPC code). Then, considering the variations of the thermal fields, the tool and the implementation were validated on experimental results of TDS on tungsten as well as on other codes of the literature on the iron.Finally, the fully coupled model has been used on complex thermal load applications on a component of the future ITER Tokomak (DFW). 3D simulations on this structure have highlighted geometric effects that cannot be taken into account in 1D simulation. They have also highlighted the role of hydrostatic pressure, taking into account thermal expansion that can lead to significant differences in results.L‟objectif de ce travail de thèse est de reprendre les travaux précédents sur le couplage diffusion / plasticité sous Abaqus et d‟implémenter dans le code éléments finis un processus de piégeage transitoire dans une procédure utilisateur UMATHT, l‟équation de la chaleur dans une procédure UEL, et de modifier le comportement mécanique dans la procédure UMAT, afin de résoudre de manière couplée et simultanée les problèmes de diffusion/piégeage de l‟hydrogène soumis à des chargements thermomécaniques.Le modèle ainsi développé avec un couplage diffusion/piégeage transitoire a été confronté dans un premier temps, et validé sur plusieurs matériaux (tungstène et fer) par des comparaisons sur des cas tests avec d‟autres codes de la littérature (notamment le code MRE HIIPC). Puis, en considérant les variations des champs thermiques, l‟outil et l‟implémentation ont été validées sur des résultats expérimentaux de TDS sur du tungstène ainsi que sur d‟autres codes de la littérature sur le fer.Enfin, le modèle entièrement couplé a ainsi été utilisé sur des applications de chargements thermiques complexes sur une composante du futur tokamak d‟ITER (DFW). Les simulations 3D sur cette structure ont mis en évidence les effets de géométrie qui ne peuvent être pris en compte dans des simulations 1D. Elles ont permis de mettre également en exergue le rôle de la pression hydrostatique, la prise en compte de la dilatation thermique pouvant induire des écarts importants sur les résultats