Moyen de mesure du LET2E

Description

Ce montage a été conçu à la base pour la mesure des résistances électriques de contact. Il est composé d’une machine de mise en compression MTST M _{d’une capacité de 5 kN et deux poinçons en cuivre (le}

cuivre étant utilisé pour ses propriétés de conduction thermique). Les chargements sont effectués sur des échantillons de surface relativement faible (49 mm2_{)pour obtenir des pressions apparentes de l’ordre de 90}

M P a. La réalisation des essais nécessite l’empilement de 4 à 5 échantillons de tôle de façon à influencer la résistance intrinsèque du matériau qui sera le rapport entre l’épaisseur de l’empilement et la conductivité thermique de la tôle. Pour réaliser la mesure de température des thermocouples de type K sont utilisés sur chacun des poinçons en cuivre (4 par poinçon implantés tous les 5 mm en partant de la surface en contact avec les échantillons) et sur les échantillons aux extrémités de l’empilement (les thermocouples y sont sertis et collés dans la demie épaisseur des échantillons avec un isolant pour minimiser les effets perturbateurs extérieurs). La figure III.5 donne une représentation schématique du montage de mesure.

Fig.III.5:Représentation schématique du montage d’essai du LET2E

Méthode d’évaluation de la RTC

Le chauffage des poinçons est réalisé au moyen de collier chauffant et la régulation de température est réalisée au moyen d’un PID. Les consignes de températures souhaitées sont mesurées par les thermocouples

III.2. Moyens de mesure mis en œuvre

implantés dans les poinçons. Il est ainsi possible de mesurer la Résistance Thermique de Contact dans différentes conditions :

– En régime stationnaire à température moyenne constante avec une pression variable

– En régime transitoire à pression mécanique constante avec une température moyenne variable Dans les deux cas de figure, la méthodologie utilisée par le LETEE consiste à imposer un écart constant de 100 °C entre les deux poinçons. Le calcul de la RT C nécessite la connaissance de la densité de flux de chaleur (q) et la mesure d’une différence de température. La densité de flux moyenne aux travers de l’empilement est calculée à partir des informations données par les thermocouples qui instrumentent les poinçons (par régression linéaire) et la conductivité thermique du cuivre suivant l’équation III.1 :

q = λcu(T ) N PN i=0xT −  PN i=0x PN i=0T  N PN i=0x2−  PN i=0x 2 (III.1)

dans laquelle N est le nombre de positions où sont instrumentés les thermocouples par poinçon, λcu(T )

est la conductivité thermique du cuivre en fonction de la température, x est le vecteur rassemblant les positions des thermocouples et T le vecteur des températures pour chaque position. Les vecteurs x et T permettent de calculer la pente de la droite de régression linéaire. La densité de flux est calculée pour chacun des poinçons et le flux moyen qm correspond à la moyenne des deux valeurs (on considère que la

quantité de chaleur est rapportée à la section nominale des poinçons). En utilisant cette méthodologie, des mesures de RT C ont été réalisées dans deux types de configurations :

– contact tôle/tôle de type 22MnB5

– contact tôle (22MnB5)/outil (X38CrMoV5)

Contact tôle/tôle Dans ce cas de figure, un nombre de 4 échantillons de tôle faites du même ma- tériau (22MnB5) sont empilées dans la zone comprise entre les deux poinçons en cuivre (figure III.5). L’empilement des échantillons a pour but, nous le rappelons de contrebalancer la résistance thermique intrinsèque du matériau. La différence de température est évaluée à partir des thermocouples implantés sur les éprouvettes extrêmes de l’empilement. La RT C est donnée par l’équation III.2 :

RT C = 1 Ni  ∆Temp qm − (Ne− 1) eech λech(Tm)  (III.2)

dans laquelle Ni désigne le nombre d’interface tôle/tôle dans l’empilement, ∆Temp représente la dif-

férence de température mesurée entre les échantillons aux extrémités de l’empilement, Ne est le nombre

d’échantillons empilés et eech et λech(Tm) sont respectivement l’épaisseur et la conductivité thermique

des échantillons à la température moyenne Tm dans l’empilement. Le calcul de la RT C fait intervenir

deux termes dont le premier est la résistance de thermique l’empilement et le second correspond à la la résistance intrinsèque des échantillons due à leur conductivité thermique. Dans cette configuration, la RT C évaluée correspond à une moyenne sur l’empilement et c’est la raison pour laquelle le calcul est ramené au nombre d’interfaces tôle/tôle (Ni).

Contact tôle/outil Le cas du contact tôle/outil a pour contrainte que la rugosité est un paramètre qui est imposé par le fournisseur de la tôle. Le cas du contact tôle/outil a été envisagé pour prendre en compte non seulement l’influence des matériaux en contact mais aussi l’influence de leurs états de

Chapitre III. Mesures de RTC statique en régime stationnaire et transitoire

surface sur la mesure de la RT C. Dans ce cas de figure, une seule interface est utilisée et l’empilement est constitué d’un échantillon de tôle 22MnB5 et d’un échantillon d’outil en X38CrMoV5. La rugosité de la tôle étant imposée, l’état de surface des échantillons d’outil a été défini suivant deux méthodes :

– un état de surface rectifié – un état de surface poli

Des mesures de rugosité ont été réalisées sur les deux types de surfaces (poli et rectifié). Les résultats obtenus montrent une surface rectifiée avec des motifs périodiques et une surface polie relativement lisse (figure III.6). Ces obervations sont confirmées par les profils extraits de chacune des deux surfaces (figure III.7).

Fig.III.6:Etats de surface de l’outil en rectification et après polissage

Fig.III.7:profils de surface rectifiée et polie

Le calcul de la RT C est calqué sur la même méthode que précedemment avec certains ajustements. Le paramètre définissant le nombre d’interface Nile nombre d’interfaces vaut 1 et une résistance intrinsèque

supplémentaire est calculée pour le matériau d’outil. La RT C est donnée par l’équation III.3 :

III.2. Moyens de mesure mis en œuvre RT C = 1 Ni  ∆Temp qm − etol 2λtol(Ttol)− eout 2λout(Tout)  (III.3)

Dans laquelle Ttol et Tout sont les températures dans les échantillons de tôle et d’outil, les autres

variables ayant été déjà définies.