Étude probabiliste de la rupture de cuves de réacteurs à eau sous pression

Directorate-General For Translation European Commission

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Nuclear energy and safety

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Extrait

Commission des Communautés européennes
sciences et techniques nucléaires
ETUDE PROBABILISTE DE LA RUPTURE
DE CUVES DE REACTEURS A EAU
SOUS PRESSION
Rapport
EUR 8682 EN-FR
Agrandissement à partir d'un original microfiche Commission des Communautés européennes
sciences et techniques nucléaires
ETUDE PROBABILISTE DE LA RUPTURE
DE CUVES DE REACTEURS A EAU
SOUS PRESSION
J. DUFRESNE*, A.C. LUCIA**,
J. GRANDEMANGE***, A. PELLISSIER-TANON***
' CEA-DSN - BP N° 6 - 92260 Fontenay-aux-Roses - FRANCE
'EURATOM-ISPRA-CCR - 21020 Centre EURATOM - ISPRA - VARESE - ITALIE
•FRAMATOME - Tour FIAT - Cedex 16 - 92084 Paris La Défense - FRANCE
Contrat N° 258-78-Pipg F
Direction générale Science, Recherche et Développement
I983 EUR 8682 EN-FR Publié par:
COMMISSION DES COMMUNAUTÉS EUROPEENNES
Direction générale
Marché de l'information et innovation
Bâtiment Jean Monnet
LUXEMBOURG
AVERTISSEMENT
Ni la Commission des Communautés européennes, ni aucune autre personne
agissant au nom de la Commission, n'est responsable de l'usage qui pourrait
être fait des informations ci-après
I CECA-CEE-CEEA, Bruxelles-Luxembourg 1983 TABLE DES MATIERES - Pages
Résumé I
Summary IX
1 - INTRODUCTION 1
2 - ELEMENTS DE MECANIQUE DES RUPTURES 3
2.1 - Critère de rupture
2.2 - Champs de contrainte; autour d'un défaut 5
2.3 - Eprouvettes standard 7
2.4 - Propagation des fissures par fatigue
3 - PRESENTATION DES DIFFERENTES METHODES UTILISABLES POUR
EVALUER LA PROBABILITE DE RUPTURE DES CUVES DE REACTEUR 9
3.1 - Méthode statistique 9
3.2 - Utilisation de la mécanique des ruptures sous forme
probabil iste 10
4 - METHODE STATISTIQUE D'EVALUATION DE LA PROBABILITE DE RUPTURE
D'UNE CUVE DE REACTEUR A EAU LEGERE3
4.1 - Etats-Unis
4.2 - Grande Bretagne5
4.3 - Allemagne 2
4.4 - Commentaires sur les études statistiques 21
4.5 - Conclusion
5 - FORMULATION DES LOIS ET CRITERES UTILISES4
5.1 - Calcul des contraintes
5.2 -l des coefficients d'intensité de contrainte 2
5.3 - Lois de propagation des fissures 28
5.4 - Critères de rupture 33
6 - DISTRIBUTION DES DEFAUTS 49
6.1 - Méthodologie
6.2 - Revue des données existant dans la littérature 51
6.3 - Harmonisation des résultats 55
6.4 - Terme correctif permettant de tenir compte de l'impor­
tance de l'échantillon6
6.5 - Précision des méthodes de dimensionnement 57
6.6 - Fiabilité des méthodes de contrôle 60
6.7 - Distribution de la largeur des défauts
6.8 - Résultats bruts 74
6.9 -n des défauts en début de vie d'une cuve 7
6.10 - Distribution dess dans une soudure donnée9
7 - DONNEES SUR LES MATERIAUX
7.1 - Choix des variables déterministes ou probabilistes 10
7.2 - Propriétés mécaniques conventionnelles 109
7.3 - Loi de propagation des fissures par fatigue 110
7.4 - Ténacité de l'acier et des joints soudés 122
8 - DONNEES SUR L'IRRADIATION NEUTRONIQUE 147
8.1 - Détermination des flux neutroniques
8.2 - Modélisation des fluxs155 9 - DEFINITION DES SITUATIONS
155 9.1 - Généralités
155 9.2 - Situations observables
157 9.3 -s accidentelles
157 9.3.1. Généralités
157 9.3.2. Présentation de la technique utilisée
159 9.3.3. Rupture de tuyauteries primaires
9.3.4.e des vapeur 164
9.3.5. Situations de surpression 170
10 - CALCUL DES CONTRAINTES 195
10.1 - Généralités 195
10.2 - Analyse de la virole de coeur 196
10.3 -e de la zone de fermeture 197
10.4 - Analyse des tubulures 198
199
10.5 - Problème des contraintes résiduelles
211 11 - DESCRIPTION DU CODE DE CALCUL COVASTOL
211 11.1 - Généralités
211
11.2 - Propagation des défauts par fatigue pour la virole
211 11.2.1. Préélaboration de données d'entrée
11.2.2. Contrôle de la position du défaut (interne
ou débouchant) 214
11.2.3. Propagation des défauts internes 214
11.2.4.n dess débouchants 220
11.2.5. Présentation des résultats 222
11.3 - Rupture 222
11. Généralités 222
222 Préélaboration des données d'entrée 11
Contrôle de la DOS i tion des défauts (interne 11,
ou débouchant) 226
11 .4. Contrôle des défauts traversants 226
11 Défauts internes .5. 227
11.3.6. s de surf ice 231
11.3.7. Données de sortie 237
11.3.8. Probabilité absolue de propagation instable 237
12 - RESULTATS 261
12.1 - Représentativité des résultats 261
12.2 - Croissance des défauts oar fatigue, présentation des
résultats 261 /
12.2.1. Soudure (B-, B-, E et F) 262
12.2.2. Soudures de bride (B,) et de couvercle (A) 262
12.2.3.s de tubulures (C et D) 263
12.3 - Croissance des défauts, analyse de sensibilité 264
12.3.1. Choix de la loi de Paris 264
12.3.2. Critère de passage eau-air 264
12.3.3. Influence des contraintes résiduelles 265
12.3.4.e des conditions de chargement 265
12.3.5.e des coefficients de la loi de Paris 266
12.4 - Probabilité de rupture présentation des résultats 267
12.4.1. Soudure centrale de virole 267
12.4.2. Soudures de tubulure 271 12.4.3. Autres soudures de viroles 272
12.5 - Probabilité de rupture, étude de sensibilité3
12.5.1. Paramètres associés aux défauts
12.5.2.ss à la fatigue4
12.5.3.s liés aux propriétés des matériaux 27
12.5.4. Paramètress aux conditions de chargement5
12.5.5. Effet protecteur du revêtement 27
12.6 - Défaut sous revêtement 276
13 - CONCLUSION 311
Les repères des soudures et des indices sont présentés sur
la dernière page de ce rapport - I
RESUME
En 1976, le Commissariat à l'Energie Atomique (Département de
Sûreté Nucléaire), la Commission des Communautés Européennes (Centre Commun
de Recherches d'Ispra) et FRAMATOME ont convenu de développer en commun une
méthode permettant d'évaluer la probabilité de rupture d'une cuve de réac­
teur sous pression, et de mettre au point un programme de calcul.
Différentes méthodes sont utilisables pour évaluer la probabilité
de rupture d'une cuve de réacteur nucléaire. L'une d'entre elles extrapole
à des cuves de réacteur des données de rupture recueillies sur des réser­
voirs conventionnels. Cette méthode a l'inconvénient de ne pouvoir prendre
en compte les effets d'un changement systématique des paramètres clé : par
exemple l'influence de l'irradiation, l'utilisation d'un programme d'assu­
rance de qualité couvrant la conception, la fabrication et les matériaux.
Mais le désavantage le plus important de cette méthode est la limitation
de la population représentative,ce qui entraîne une valeur élevée de la li­
mite inférieure de probabilité correspondant au niveau de confiance recher­
ché.
La méthode utilisée dans le présent travail utilise les concepts
conventionnels de la mécanique des ruptures sous une forme probabiliste,
elle est basée sur la modélisation physique des phénomènes et la compré­
hension des modes de rupture : la propagation de fissures par fatigue cal­
culée pour des -chargements cycliques, l'initiation et la propagation ins­
table des défauts, et leur possibilité d'arrêt.
L'analyse nécessite donc une expression statistique des paramè­
tres qui apparaissent dans l'expression de la loi de propagation des dé­
fauts et de la ténacité ainsi que ceux qui sont utilisés dans le calcul
du coefficient d'intensité de contrainte (Kj).
Les principales données d'entrée nécessaires au calcul sont in­
troduites dans le code COVASTOL sous forme d'histogrammes. Ce code prend en
considération le degré de corrélation entre la dimension des défauts et
les coefficients de la loi de Paris, il calcule la propagation d'un dé­
faut donné, situé dans une position donnée, et la probabilité de rupture
correspondante pendant un accident déterminé.
DISTRIBUTION ET DIMENSION DES DEFAUTS
Des recherches antérieures sur des incidents survenus à des ré­
cipients conventionnels ont montré que, dans 90 % des cas, le défaut ini­
tiateur était situé dans une soudure. Pour cette raison la présente ana­
lyse considère essentiellement les défauts dans les soudures ; les dé­
f