Caractérisation et modélisation des micro-déplacements des contacts électriques montés dans les connectiques automobiles soumises à de fortes vibrations : corrélation avec la performance électrique

Characterization and modelling of micro-displacements of electrical connector subjected to high vibrations : correlation with electrical performance

• Auteur / Autrice : Mack Mavuni-Nzamba
• Direction : Erwann Carvou, Laurent Morin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 07/01/2022
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Mariko Dunseath-Terao‎
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luc Lavisse
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Cécile Langlade, Yves Ousten

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Vibrations

Connecteurs électriques

Mots clés libres

Connecteurs électriques

Fretting

Vibration

Modélisation en éléments finis

Déplacement relatif

Prédiction de la durée de vie

Electrical connectors

Fretting

Vibration

FE modelling

Relative displacement

Lifetime prediction

Résumé

Ce travail a pour objectif d’améliorer et de valider un modèle éléments finis (MEF) de simulation de vibrations, développé avec la société APTIV, permettant de calculer les déplacements relatifs à la zone de contact, dans un premier temps. Le second objectif est de proposer une approche prédictive des performances des connecteurs électriques, en combinant les résultats de la simulation/test et le profil de vibration du constructeur automobile. Cette étude s’appuie sur une campagne expérimentale et sur une modélisation par élément finis utilisant le code LS-DYNA. L’environnement automobile dans lequel les connecteurs sont placés, est soumis à de hautes vibrations. Ces vibrations issues lors du fonctionnement du véhicule (moteur, turbine ou encore aux chocs de roulage) entraînent des micro-déplacements (quelques micromètres) à l’interface de contact électrique. Or, un déplacement relatif de l’ordre des quelques micromètres entre les différents composants des connecteurs est largement suffisant pour engendrer une dégradation à l’interface de la zone de contact électrique. Dans ce contexte, ces travaux de recherche ont été abordés selon trois axes. Le premier axe a permis une étude complète une étude sur la réponse dynamique du connecteur, les mesures et calculs des mouvements des éléments constituant le connecteur ainsi que les déplacements relatifs entre les contacts clip/languette suite à différentes séries d’essais et par simulations numériques. Un calcul de la fonction de transfert (FT) des mouvements relatifs entre les contacts mâle/femelle est proposé. Le second axe a permis, quant à lui, de caractériser des performances électriques du connecteur. Pour cela, une série d’essais d’endurance électrique est réalisée uniquement sur les terminaux. Dans le dernier axe, une approche portant sur la prévision de performance de connecteurs soumis à un profil vibratoire du type constructeur automobile a été proposée. Cette approche est établie par une corrélation entre la fonction de transfert de mouvement relatif, l’endurance électrique et le profil de vibratoire.

The purpose of this work is to improve and validate a finite element model (FEM) for simulation of vibrations, developed by the company APTIV, making it possible to calculate the displacements relating to the contact zone, as first step. The second purpose is to propose a “predictive” approach to electrical connector performance, by combining the results of the simulation / test and the vibration profile of the automobile manufacturer. This study is based on an experimental campaign and on finite element modeling using LS-DYNA software. The automotive environment in which the connectors are set up is submitted to high vibrations. These vibrations resulting from the operation of the vehicle (engine, turbine or rolling shocks) cause micro-movements (a few micrometers) at the electrical contact interface. However, a relative displacement of the order of a few micrometers between the different components of the connectors is more than sufficient to cause degradation at the interface of the electrical contact zone. In this context, this research work has been approached along three axes. The first axis allowed a complete study of the connector dynamic response, the measurements and calculations of the motions of the connector compornents as well as the relative displacements between the clip /pin contacts following various series of tests and by numerical simulations. A calculation of the relative motion transfer function (FT) between the male/female contacts is proposed. The second research axis made it possible to characterize the electrical performance of the connector. For this, a series of electrical endurance tests is carried out only on the terminals. In the last research axis, an approach relating to the prediction of the connector performance subjected to the automobile manufacturer vibration profile has been proposed. This approach is established by a correlation between the relative motion transfer function, the electrical endurance and the vibration profile.