Numerical modeling of crimping for aeronautical electrical contacts
Simulation numérique du procédé de sertissage de contacts électriques aéronautiques
Résumé
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.
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 comparants aux courbes d'efforts
expérimentales par l'intermédiaire d'une pince électronique.