深孔钻

深孔钻孔 (DHD) 残余应力测量技术是一种半侵入式机械应力消除技术。 

该技术包括在部件上钻一个参考孔，并通过在其周围同轴钻孔来精确测量其在应力释放前后的直径。应力释放前后测量直径之间的差异使原始残余应力能够使用弹性理论进行计算。

DHD 过程中涉及的 4 个主要步骤的示意图。

该技术用于测量在与参考孔轴成 90° 的平面中作用的双轴残余应力（即 σ xx、σ yy和 σ xy，参见上图）作为标准，但是在必要时和适用的情况下，σ zz可以被测量，尽管精度降低。DHD 技术可应用于测量深度高达 750 毫米的各种组件和材料。定制机器用于在世界任何地方、实验室或现场执行 DHD 技术。

自 1990 年代初以来，DHD 技术已在布里斯托大学独家开发，并得到了英国核工业的大量资助和支持。VEQTER 是为全球所有工程部门提供商业 DHD 测量服务的独家供应商。

深孔钻进技术的程序：

基本实验程序如下：

• 1 - 安装了参考衬套，并在组件和衬套上钻了一个小直径参考孔。
• 2 - 参考孔的直径（在其受力状态下）是通过组件和参考衬套的整个厚度以许多不同的角度测量的。
• 3 - 从部件上切下沿其轴线包含参考孔的材料圆柱体（即芯），通常使用电火花加工工艺。
• 4 - 在与步骤 2 相同的位置重新测量参考孔的直径（现在处于无应力状态），穿过圆柱体和参考衬套的整个厚度。
• 5 - 比较和分析第 2 步和第 4 步的直径，以计算作为深度函数存在的原始残余应力。

DHD 技术的 FEA 模拟（剖面图）

如果存在高量级残余应力，则使用增量 DHD (iDHD) 技术来解释应力消除过程（即步骤 3）期间的塑性。对于 iDHD 过程，步骤 3 以增量方式执行，直径测量（即步骤 4）用于捕获增量参考孔变形。然后重复第 3 步和第 4 步，直到通过组件完全切割芯。然后，该分析结合了所有增量变形，以计算高幅度残余应力。

DHD 技术使用三种不同尺寸的参考孔直径（即 1.5 毫米、3 毫米和 5 毫米）执行，具体取决于组件的几何形状和预期的残余应力分布。在芯内每个深度测量的残余应力是在与参考孔轴成 90° 的横截面内作用的残余应力的平均值。对于 1.5mm 直径的参考孔，抽取 5mm 直径的芯，对于 3mm 的参考孔，抽取 10mm 的芯，对于 5mm 的参考孔，抽取 17mm 的芯。

DHD技术的优点：

• 半破坏性——能够在部件寿命的许多不同阶段重复测量残余应力；
• 残余应力可在深度达 750mm 处测量；
• 实验室或“现场”测量；
• 测量的全厚度双轴残余应力分布（例如 σ xx、σ yy和 τ xy），包括应力梯度。σ zz可以测量，但难度更大且精度降低；
• 可以测量高量级残余应力（即可以考虑塑性）；
• 适用于简单和复杂的元件形状；
• 适用于多种材料，包括金属和非金属；
• 对成分材料的晶粒结构/质地不敏感；
• 对组件的表面光洁度无动于衷；
• 公称精度：10MPa——铝，30MPa——钢，15MPa——钛；
• 与产生的压力信息量相关的快速处理；
• 提取的材料圆柱体为进一步的材料测试和验证提供无应力样品。

DHD技术的缺点：

• 半侵入式——可能需要重新填充由此产生的孔或提供模型；
• 不适用于厚度小于 6 毫米的组件。

延伸阅读：

1. Leggatt, RH, Smith, DJ, Smith, SD, Faure, F.，“用于残余应力测量的深孔方法的开发和实验验证”，工程设计应变分析杂志，卷。31，第 3 期，第 177-186 页，1996 年。
2. Kingston, EJ, Stefanescu, D., Mahmoudi, AH, Truman, CE 和 Smith, DJ，“深孔钻孔技术在测量全厚度残余应力分布中的新应用”，ASTM 国际期刊，第 1 卷。3，第 4 期，第 1-12 页，2006 年。
3. Mahmoudi, AH, Hossain, S., Truman, CE, Smith, DJ, Pavier, MJ，“使用深孔钻探技术测量近屈服残余应力的新程序”，实验力学杂志，卷。2009 年第 49 期，第 4 期。
4. Goudar, DM, Truman, CE 和 Smith, DJ，“评估使用深孔钻孔技术测量的残余应力的不确定性”，应变，卷。47，第 62-74 页，2009 年。