Simulation numérique du procédé de sertissage de contacts électriques aéronautiques : optimisation des conditions d'assemblage pour la tenue mécanique

Numerical modeling of crimping for aeronautical electrical contacts : Optimizing crimping conditions for mechanical strength performance

• Auteur / Autrice : Matthieu Petitprez
• Direction : Katia Mocellin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance le 02/12/2013
• Etablissement(s) : Paris, ENMP
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de mise en forme des matériaux (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Sandrine Thuillier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Katia Mocellin, Mohamed Rachik, Pierre-Olivier Bouchard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Markiewicz, Alain Daidie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Câbles métalliques

Mots clés libres

Sertissage

Simulation numérique

Caractérisation matériaux

Crimping process

Numerical simulation

Material characterization

Résumé

Ce travail de thèse porte sur la modélisation du procédé de sertissage de contacts électriques sur des câbles à destination d'applications aéronautiques et de la tenue à l'arrachement des contacts sertis. Le sertissage est un assemblage par déformation plastique du contact électrique (composant) sur un câble multibrin. Deux types de technologies de sertissage sont traités. La technologie cuivre, couramment utilisée chez les industriels, met en jeux un contact de cuivre et un câble de cuivre composé de 19 brins. La technologie aluminium, mise au point ces dernières années pour limiter le poids des aéronefs, est caractérisée par l'assemblage d'un câble de 7 brins avec un contact en cuivre au travers d'une liaison électrique et d'une liaison d'étanchéité. Dans un premier temps, la caractérisation des paramètres de loi de comportement élastoplastique des matériaux est faite. La détermination des moyens d'essais appropriés, directement impactée par la faible dimension (ordre millimétrique) de nos échantillons, est suivie d'une analyse détaillée des résultats. Le recours à l'analyse inverse d'essais non normalisés est privilégié. Les résultats des différentes analyses sont validés indépendamment du sertissage. Dans un second temps, les étapes de mise au point des simulations de sertissage sont abordées de façon précise. Pour ce type de modèles fortement multi domaines, l'étude de l'influence des interactions est conduite. La détermination des paramètres de profondeur de sertissage est développée pour chaque technologie. Les premiers résultats de simulation sont discutés pour réduire les temps de calculs. Finalement, le modèle numérique développé est utilisé pour simuler le sertissage de contacts et l'arrachement de contacts sertis dans différentes configurations. L'étude de paramètres géométriques (diamètre des brins, diamètres des contacts, pas de torsadage des câbles), rhéologiques (cuivre standard, ayant subi un recuit insuffisant ou trop important) ou mécaniques (sous-sertissage, sur-sertissage) est faite pour vérifier l'influence sur les efforts de sertissage et les mécanismes de rupture à l'arrachement. Cette étude complète a pour objectif de valider des domaines de validité du sertissage. Celles-ci permettront aux industriels de vérifier la validité d'un sertissage en temps réel, en les comparant aux courbes d'efforts expérimentales par l'intermédiaire d'une pince électronique

This thesis focuses on the modeling of the aeronautical electrical contact crimping process for aircraft applications and the crimped contact mechanical holding. Electrical crimping is a plastic deformation process of a contact (component) on a multi-strand wire. Two types of crimping technologies are studied. The copper technology, widely used in the industry, is characterized by the assembly of a copper contact and a 19 strands copper cable. The aluminum technology, which has been recently developed to reduce the aircraft weight, is characterized by the assembly of a copper contact with a 7 strands cable through two electrical and sealing crimpings. At first, the elastoplastic parameters characterizations of the materials constitutive laws are made. The appropriate testing facilities determination, directly impacted by the small size (millimeter order) of our samples, is followed by a detailed results analysis. The non-standard tests inverse analysis use is preferred. The whole analyzes results are validated, regardless of the process itself. In a second step, the crimping simulation development steps are accurately performed. For this highly multi-model fields type, the study of the interactions influence is conducted. Determining the crimping indentation depth parameters is developed for each technology. The first simulation results are discussed to reduce computation time. Finally, the developed numerical model is used to simulate the contacts crimping and the mechanical holding over various configurations. The geometrical (strands diameter, contact diameter, twisting thread cables), rheological (standard copper having been insufficiently or excessively annealed) or mechanical (under-crimping, over-crimping) parameters study are made to check their influences on the crimping forces and the failure mechanisms while pulling. This study aims to validate the crimping efficiency. The manufacturers could be able to check in real time the crimping validity by comparing the experimental crimping force curves to validity curves integrated in an electronic crimping tool.