Sur l'importance de la transition de glissement en fretting pour la connectique

par Sophie Hannel

Thèse de doctorat en Matériaux

Sous la direction de Philippe Kapsa.


  • Résumé

    Sur tous les systèmes électroniques mobiles, les vibrations se traduisent au niveau des contacts de connecteurs électriques par une sollicitation de fretting. Les dégradations de contact en résultant perturbent le passage du courant. Le résultat essentiel de cette recherche est une corrélation entre le comportement électrique et la condition de glissement en fretting : pour les matériaux sujets à l'oxydation comme le bronze ou l'étain, la condition de glissement partiel garantit une résistance électrique de contact faible et stable, alors que la condition de glissement total s'accompagne d'une augmentation irréversible et d'une forte instabilité de la résistance. Pour les matériaux insensibles à l'oxygène comme l'or ou l'argent, le comportement électrique est conditionné par la mise à nu du substrat qui intervient à plus ou moins brève échéance en glissement total. L'intérêt technologique réside dans la démonstration d'un seuil en déplacement relatif pour un comportement électrique satisfaisant. Dans l'optique d'anticiper le comportement électrique des contacts en calculant ce seuil, une analyse mécanique 2D par éléments finis d'un contact frottant élastoplastique est appliquée au contact expérimental modèle bronze/bronze. La détermination expérimentale d'un coefficient de frottement pertinent, essentielle à l'efficacité du modèle, a nécessité une analyse dont les résultats sont généralisables aux situations mettant en jeu des phénomènes d'adhésion et déformation plastique intenses. La démarche consiste à isoler le coefficient de frottement des effets d'obstacles et de cisaillement plastique de l'interface. Au prix de cette analyse, le déplacement relatif calculé à la transition correspond à celui mesuré expérimentalement. Cette validation expérimentale du modèle ouvre la voie à une démarche prédictive du comportement électrique des connecteurs.


  • Résumé

    On all mobile electronic devices, vibrations lead to fretting stresses on electrical connectors contacts. Resulting contact damages hinder the current flow. The main result of this research is the correlation between the electrical behaviour and the fretting sliding condition : for oxygen sensitive materials such as bronze or tin, a partial slip condition guarantees a low and stable electrical resistance, whereas a gross slip condition leads to an irreversible increase and a strong instability of contact résistance. For oxygen insensitive materials such as gold or silver, the electrical behaviour is conditioned by substrate exposure which sooner or later occurs in gross slip. The technological interest lies in the demonstration of a threshold in relative displacement for a satisfactory electrical behaviour. In order to calculate this threshold and thus anticipate the contacts electrical behaviour, a mechanical analysis using 2D finite element modelling of the elastic plastic contact is applied to the experimental bronze/bronze contact. The experimental determination of a relevant friction coefficient, essential input parameter for the efficiency of the model, required an analysis the results of which might be extended to any contact situation involving intense adhesion and plastic deformation. The analysis consists in separating the friction coefficient from obstacle effects and plastic shearing of the interface. Thanks to this analysis, the calculated relative displacement at transition corresponds to that measured in experiments. This experimental validation of the model opens the way to a predictive analysis of the connectors electrical behaviour.

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Informations

  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.253-259

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