Analyse de la résistance d'un conducteur électrique en fonction des paramètres du processus de durcissement des travaux et de sa déométrie

Dans le contexte économique actuel, l'industrie du câble électrique est confrontée à des défis techniques et économiques. En effet, en raison de la mondialisation des marchés mondiaux et de l'augmentation continue du prix des matières premières nécessaires à la fabrication de câbles électriques, en particulier en cuivre, les fabricants doivent adapter leurs modèles économiques afin d'assurer la durabilité de leurs activités. Ils doivent donc mettre en place une stratégie globale pour améliorer les performances des processus de fabrication d'une part et, d'autre part, pour optimiser les paramètres de conception des câbles électriques. L'objectif fait partie d'une approche pour optimiser la consommation de matières premières tout en respectant le cadre des exigences standard pour les câbles électriques. Cependant, cet objectif ne peut pas être atteint sans une compréhension détaillée des phénomènes électriques, qui prévalent dans les structures des câbles. Pour cela, l'étude des processus de fabrication et des paramètres de conception est essentielle pour identifier et quantifier leurs impacts sur le comportement électrique, et plus précisément sur la résistance électrique totale des câbles. Ce dernier consiste généralement en un noyau conducteur de cuivre ou d'aluminium et une ou plusieurs couches protectrices de matériaux diélectriques et / ou métalliques. La recherche est principalement axée sur l'étude de la partie conductrice du câble. Il s'agit de brins unitaires assemblés dans des couches concentriques successives. La forme des brins peut être circulaire, profilée, triangulaire, ovale, etc. En général, le noyau conducteur est fabriqué à l'aide de processus de déformation froide, tels que le câblage et le compactage. Au cours de ces opérations, il subit des déformations plastiques afin d'atteindre des spécifications géométriques bien déterminées. Ces déformations résultent des champs de contrainte générés par les forces de traction, de torsion, de compression et de frottement spécifiques aux processus de fabrication. Il est admis que ces déformations influencent le comportement mécanique et électrique du noyau conducteur. D'un point de vue mécanique, les déformations plastiques des brins unitaires entraînent un durcissement par le durcissement de la contrainte du matériau, modifiant ainsi ses propriétés mécaniques globales. Il en résulte une augmentation de la limite élastique du matériau et une rigidité mécanique plus prononcée en traction du noyau conducteur. Il est entendu que les modifications observées ne sont pas les mêmes d'une conception à l'autre. Ils dépendent ensuite des paramètres de conception, tels que le nombre et la forme des brins élémentaires, le nombre de couches, la hauteur de câblage, la direction de câblage, le taux de compactage (taux de compression du noyau), la forme et la taille de l'inter- zones de contact du brin. D'un point de vue électrique, toutes ces variations doivent être étudiées afin de quantifier leurs impacts, en même temps sur la conductivité électrique du matériau, la distribution du courant et la résistance électrique totale du câble. La recherche se concentre sur l'analyse du comportement électrique des brins conducteurs des câbles électriques, et plus spécifiquement sur leur résistance électrique totale.
L'analyse concernera principalement l'étude de la résistance électrique en mode stationnaire (courant direct). Les objectifs industriels tournent autour des points suivants:
 Comprendre les phénomènes électriques qui règnent dans les âmes conductrices,
 Taille les noyaux conducteurs pour obtenir une résistance électrique spécifique,
 Réduisez la consommation de matières premières, en particulier le cuivre.
Afin d'atteindre ces objectifs, l'utilisation d'outils de calcul basés sur des modèles numériques pour prédire le comportement mécanique et électrique des conducteurs.
Premièrement, la reproduction des processus de câblage et de compactage nous permettra d'approcher les champs de déformation du noyau conducteur et la forme réelle des zones de contact inter-brin. Deuxièmement, l'analyse électrique déterminera leurs influences sur la conduction actuelle et donc sur la résistance électrique totale du noyau conducteur.
Ces modèles, basés sur la méthode des éléments finis, seront utilisés pour quantifier l'influence des paramètres des processus de câblage et de compactage sur les propriétés électriques des noyaux conducteurs. Les résultats des simulations seront utilisés pour établir un ensemble de paramètres de conception afin d'optimiser la consommation de la matière première.
Le noyau conducteur subit des déformations plastiques par le durcissement des contraintes du matériau pendant la fabrication; Il sera alors utile d'analyser leurs influences sur la conductivité électrique du matériau.
D'un point de vue cristallographique, ces déformations plastiques sont dues à la formation, à la multiplication et au déplacement des défauts linéaires mobiles dans le réseau cristallin du métal.
Ces défauts sont appelés luxations. Le nombre croissant de luxations produites lors des déformations plastiques et leur interaction entre elles (ou avec des impuretés, des précipités, etc.) conduisent à la réduction de leur mobilité. Il en résulte le durcissement de la structure métallurgique du métal.
Ce phénomène est appelé "durcissement". Cela provoque également une diminution de la taille des grains, augmentant ainsi le nombre de joints de grains dans la structure métallique.
De plus, les défauts et les postes vacants contenus dans le réseau cristallin du métal constituent des obstacles vis-à-vis des porteurs de charges électriques (électrons).
Ces variations provoquent une dégradation de la conductivité électrique du matériau, mais aussi une distribution inégale de celles-ci dans la section du noyau conducteur.
La résistance à contact électrique et la variation de la conductivité électrique en fonction du durcissement de la déformation du matériau seront caractérisées expérimentalement.
Ensuite, ce dernier sera utilisé dans des modèles numériques en définissant une stratégie de couplage mécanicoélectrique, ce qui permet de prendre en compte l'influence de la résistance aux contacts et du durcissement de la déformation sur la résistance électrique totale des câbles.