Non standard samples behaviour law parameters determination by inverse analysis

• Autorzy: Petitprez M. , Mocellin K.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie analizy odwrotnej do określenia parametrów materiału na podstawie odkształcania niestandardowych próbek

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Electrical contact crimping is a process commonly used in aeronautical and aero spatial applications. One requirement to perform a resistant assembly is to master crimping parameters. Numerical simulation is then an efficient tool to limit tedious experimental test campaigns. Nevertheless, the numerical model accuracy depends on input data determination, such as material behaviour law parameters. This paper deals with study done to determine material behaviour law parameters of component involved on electrical crimping process. The two samples, a strand and an electrical contact, have both small dimensions and specific shapes. For that reason, normalised tensile or compression tests could not be perform. Indeed, inverse analysis is a powerful tool to determine the behaviour laws parameters. The goal is to precisely model the sample mechanical solicitation. A series of computations is launched with various rheological parameters. By comparing experimental and simulated results, the goal is to minimize a cost function. Thus, the first step of the study has been to determine experimental tests to perform in order to gather the force/displacement experimental data. The copper strands have been studied in compression, with a micro indentation device. A 60N force sensor has been used to acquire force data, whereas an inductive displacement sensor has been used for displacement acquisition data. The 60N force sensor is too weak to crush completely a copper contact. For that sample, we decided to use an instrumented crimping plier. A series of crimping tests has been performed on empty barrel, and the equivalent simulation has been done. With the best copper strand material parameters set, relative errors between experimental and simulated copper strand data finally amount to 6.9% (lower than the 8% experimental data scattering). On the other side, with the best copper contact material parameters set, the cost function amounts to 4% (lower than the 7% experimental data scattering). This study allows to determine material parameters sets which are use to simulate efficiently the crimping process.

PL

Proces łączenia przewodów elektrycznych poprzez zaciskanie jest powszechnie stosowany w przemyśle lotniczym i kosmicznym. Poprawne przeprowadzenie zaciskania wymaga dokładnego zdefiniowania parametrów tego procesu. Symulacje numeryczne mogą znacznie zmniejszyć liczbę doświadczeń potrzebnych do wyznaczenia optymalnych parametrów zaciskania. Niemniej jednak dokładność obliczeń numerycznych zależy od prawidłowego określenia parametrów wejściowych procesu, w tym własności materiału. W pracy przedstawiono wyniki badań nad określeniem własności materiałów używanych na zaciski przewodów elektrycznych. Ze względu na niewielkie rozmiary przewodu oraz nietypowy kształt złącza (styku), wyniki standardowych prób rozciągania i spęczania nie mogą zostać wykorzystane. Alternatywnym podejściem jest zastosowanie analizy odwrotnej do wyznaczenia własności materiałów, pozwalającej na dokładne określenie własności w analizowanym procesie. W tym celu przeprowadzono serię symulacji procesu zaciskania dla różnych modeli materiałowych. Funkcja celu, zdefiniowana w analizie odwrotnej jako różnica pomiędzy wynikami symulacji a wynikami otrzymanymi doświadczalnie, była minimalizowana właśnie ze względu na parametry materiału. W pierwszym etapie prac określono warunki testów doświadczalnych, w których rejestrowana była siła w funkcji przemieszczenia. Dla przewodu miedzianego przeprowadzono próbę twardości metodą wciskania mikro wgłębnika. W testach wykorzystano czujnik siły do 60N oraz czujnik indukcyjny do rejestracji przemieszczenia. Czujnik siły okazał się za słaby aby całkowicie zgnieść styk miedzi, wobec czego dla tego elementu zastosowano szczypce ściskające. Przeprowadzono zarówno serię doświadczeń oraz symulacji numerycznych ściskania próbki rurowej wzdłuż promienia. Dla najlepiej dopasowanego zbioru parametrów określającego własności przewodu miedzianego, błąd względny pomiędzy doświadczeniem a wynikami obliczeń był na poziomie 6.9% (mniejszy niż 8% rozrzutu danych doświadczalnych). Natomiast dla najlepiej dopasowanego zbioru parametrów określającego własności miedzianego styku, funkcja celu miała wartość 4% (była mniejsza niż 7% rozrzutu danych doświadczalnych). Przeprowadzone w ramach pracy obliczenia pozwoliły na określenie zbioru parametrów niezbędnych do efektywnej symulacji procesu zaciskania.

Słowa kluczowe

EN

crimping; finite element computations; inverse analysis; automatic optimization

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Computer Methods in Materials Science
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 13, No. 1
• Strony: 56--62
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Petitprez M.

• MINES ParisTech, CEMEF – Centre de Mise en Forme des Matériaux, CNRS UMR 7635, BP 207, 1 rue Claude Daunesse, 06904 Sophia Antipolis cedex, France

autor

Mocellin K.

• MINES ParisTech, CEMEF – Centre de Mise en Forme des Matériaux, CNRS UMR 7635, BP 207, 1 rue Claude Daunesse, 06904 Sophia Antipolis cedex, France

Bibliografia

• Bowden, F.P., Tabor, D., 1964, The friction and lubrication of solids, Part II., Oxford University Press.
• Chenot, J.L., 1989, Three dimensional finite element modeling of forging process, Proc. Conf. Computational Plasticity, eds, Owen, D. R. J., Hinton, E., Oñate, E., Barcelona, 793-816.
• Coupez, T., Digonnet, H., Ducloux, R., 2000, Parallel meshing and remeshing, Applied Mathematical Model., 25, 153-175.
• Digonnet, H., Coupez, T., 2003, Object-oriented programming for "fast and easy" development of parallel applications in forming processes simulation, Proc. M.I.T. Confer-Conference on Computational Fluid and Solid Mechanics, ed., Bathe, KJ, Cambridge, USA, 1922-1924.
• Ducloux, R., Fourment, L., Marie, S., Monnereau, D., 2010, Automatic optimization techniques applied to a large range of industrial test cases, Proc. Conf. Esaform 2010, eds, Ceretti, E., Giardini, C., Brescia, Italy, CD-ROM.
• Emmerich, M., Giotis, A., Ozdemir, M., Bäck, T., Giannakoglou, K., 2002, Metamodel - assisted evolution strategies, Proc. Conf. on Parallel Problem Solving from Nature, eds, Merelo Guervós, J.J., Adamidis, P., Beyer, H.-G., Fernández-Villacañas Martín, J.L., Schwefel, H.-P., Granada, Spain, Lecture Notes in Computer Science, 2439, 361-370.
• Fayolle, S., Bouchard, P.O., Mocellin, K., 2007, Joining and Mechanical Strength of self-piercing riveted structure –numerical modelling and experimental validation, Proc. Conf. Experimental Analysis of Nano and Engineering Materials and Structures, ed., Gdoutos, E.E., Alexandroupolis, Greece, 813-814.
• Fayolle, S., 2008, Etude de la modélisation de la pose et de la tenue mécanique des assemblages par deformation plastique: application au rivetage auto poinçonneur, PhD thesis, CEMEF Mines Paristech, Sophia-Antipolis (in French).
• Kugener, S., 1995, Simulation of the Crimping Process by Implicit and Explicit Finite Element Methods, AMP Journal of Technology, 4, 8-15.
• Mocellin, K., Petitprez, M., Bouchard, P.O., Desjean, C., 2010, Computational modeling of electrical contact crimping and mechanical strength analysis, Proc. Conf. 56th IEEE Holm Conference on Electrical Contacts, Charleston, 39-41.
• Zambelli, G., Vincent, L., 1998, Matériaux et Contact: une approche tribologique, Presse Polytechnique et Universitaires Romandes, Lausanne, 19-20 (in French).
• Zhmurkin, D.V., Corman, N.E., Copper, C.D., Hilty, R.D., 2008, 3-Dimensional Numerical Simulation of Open-Barrel Crimping Process, Proc. Conf. IEEE Holm Conference on Electrical Contacts, Orlando, 178-184.