Analyse de la résistance d'un conducteur électrique en fonction des paramètres du procédé d'écrouissage et de sa géométrie

Electrical resistance analysis of a conductor according to the hardening processes parameters and its geometry

• Auteur / Autrice : Youcef Zeroukhi
• Direction : Ewa Napieralska
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Electrique
• Date : Soutenance le 18/11/2014
• Etablissement(s) : Artois
• Ecole(s) doctorale(s) : ED Sciences Pour l'Ingénieur (n°72)
• Jury : Président / Présidente : Franck Betin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ewa Napieralska, Franck Betin, Mouloud Feliachi, Laurent Daniel, K. Komeza, Christian-Eric Bruzek, Guillaume Vega, Fabrice Morganti
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mouloud Feliachi, Laurent Daniel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écrouissage

Matériaux -- Propriétés mécaniques

Matériaux -- Propriétés électriques

Détérioration

Propriétés mécaniques

Câbles électriques

Mots clés libres

Câbles électriques

Procédé de câblage et compactage

Simulation électromécanique

Méthode des éléments finis

Résistance de contact

Ecrouissage localisé

Conductivité électrique

Optimisation

Electrical conductors

Stranding and compacting processes

Electromechanical simulation

Finite Element Method

Electrical contact resistance

Residual hardness

Electrical conductivity

Optimization

Résumé

Le mémoire de thèse propose une méthode de modélisation multi physique capable de quantifier l’influence des paramètres des processus d’écrouissage, le câblage et le compactage, sur le comportement mécanique et électrique des câbles électriques. Les propriétés électriques d’un câble dépendent de la nature du matériau utilisé, de son état métallurgique, des contraintes mécaniques exercées et de la conductance électrique des aires de contact inter-fils. De nombreuses mesures ont permis de définir les caractéristiques des câbles mais aussi des matériaux utilisés, comme par exemple la variation de la conductivité électrique d’un fil de cuivre en fonction de l’écrouissage. La modélisation mécanicoélectrique, réalisée avec le logiciel Abaqus®, est utilisée pour étudier les différents paramètres impliqués dans les processus de câblage et de compactage. Cela a permis de déterminer les déformations géométriques des fils ainsi que les contraintes mécaniques dans le câble. Les résultats de simulation sont comparés aux mesures afin de valider la précision des modèles numériques développés.Un couplage faible entre les modèles mécanique et électrique permet de mettre en évidence la distribution non-homogène de la conductivité électrique à l’intérieur d’un conducteur après qu’il ait subi des contraintes mécaniques dues au processus de déformation à froid, le câblage et le compactage. Ensuite, en appliquant une procédure d’optimisation, nous avons identifié les paramètres capables de réduire de 2 % la masse du matériau conducteur utilisés dans les processus de fabrication, tout en conservant des propriétés mécaniques et électrique répondant aux exigences normatives des constructeurs de câbles.

The presented PhD thesis propose multi-physics modeling method able to predict the impact of stranding and compacting processes parameters on the mechanical and electrical behavior of stranded conductors. The electrical properties of stranded conductors depend on the nature of the material, on its metallurgical state, on the mechanical pressure within the conductor and on the electrical conductance of contact areas between wires. A wide range of measurements has allowed us to define the characteristics of structures and materials, such as for example the resistivity as a function of the stresses due to material hardening. The electromechanical modeling with Abaqus and Vector Fields software are used to study different parameters involved in the stranding and compacting processes to determine actual wires shapes, induced deformations and actual stresses between wires within the conductor. The results obtained by simulation were compared with experimental measurements to analyze the accuracy of the model. By coupling mechanical and electrical simulations, we pointed out the non-homogeneous distribution of the electrical conductivity along conductor cross sections resulting from the hardness of each single wire. Applying the optimization procedure, we have identified the parameters able to reduce the mass of conducting material by 2 % while maintaining mechanical and electrical properties that meet the prescriptive requirements of cables manufacturers and standards.