深孔钻井（DHD）测量技术

深孔钻孔(DHD)测量技术是一种残余应力测量技术，用于测量工程材料和部件中的锁定应力和施加应力。DHD是一种半破坏性机械应变松弛(MSR)技术，旨在测量沿钻孔参考孔轴线的应力分布。该工艺的独特之处在于它能够以超过750毫米（30英寸）的穿透力在微观水平上测量残余应力，而不会完全破坏原始部件。与其他钻孔技术（例如中心孔钻孔）相比，深孔钻孔被认为是更深的。

深孔钻井（DHD）测量技术包括在组件的厚度上钻孔，测量孔的直径，从孔周围钻出（在孔周围切割圆形槽）材料芯，最后重新测量孔的直径。对于工程金属，通常使用电火花加工(EDM)进行环钻工艺，以xxx限度地减少切割过程中引入的进一步应力。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。可以在此处查看解释DHD技术的YouTube动画视频：YouTube：深孔钻孔技术。

首先，在测量位置将参考衬套连接到组件的正面和背面，以xxx限度地减少喇叭口并帮助在分析过程中对齐数据集。然后在一个组件上钻一个参考孔；在工程金属中，通常使用枪钻，因为它们产生的孔轮廓光滑且笔直。钻孔后，用空气探头沿着测量和参考衬套的全长和圆周以频繁的间隔测量参考孔的直径。这是一根细棒，加压空气通过垂直于参考孔轴线的两个小孔从末端强制输出。当空气探头穿过孔时，孔直径的变化会导致压力的变化，使用经过校准的传感器检测，将压力变化转换为电压。然后使用电火花加工(EDM)从部件上切割（钻孔）沿其轴线包含参考孔的材料圆柱体（即芯），以放松作用在参考孔上的应力。最后，通过圆柱体和参考衬套的整个厚度重新测量参考孔的直径，在与开孔前测量的位置相同的位置进行直径测量。

如果部件中存在高量级残余应力（>60%屈服应力），则可以修改DHD技术以考虑应力消除过程中的塑性行为。应力松弛过程中的塑性变形风险是钻孔技术中的一个问题，因为孔的应力集中系数约为x3，有效地放大了应力松弛并增加了屈服的机会。因此，对于iDHD，程序更改为增量执行，在增加深度的几个步骤中切割（环孔）核心，并在每个步骤之间执行直径测量。然后，分析结合了这个增量变形序列，用于计算高幅度残余应力。

DHD方法旨在测量沿参考孔轴线的应力分布。作用在参考孔上的原始残余应力与测量的孔径变化之间的关系为分析奠定了基础。DHD技术使用弹性分析将参考孔的测量变形转换为残余应力分布。结果的准确性取决于测量中的误差源，但也取决于材料的弹性模量。对于给定的应力释放，较低的弹性模量将导致更大的变形，这意味着更高的测量分辨率，因此可以获得更高的精度。DHD技术对铝的标称精度为±10MPa，钢的标称精度为±30MPa，钛的标称精度为±15MPa。

下面列出了DHD相对于其他残余应力测量技术的优缺点。

• 残余应力的测量深度可达750毫米（30英寸）。
• 半破坏性——能够在部件寿命的许多不同阶段进行重复的残余应力测量。
• 所需的设备足够便携，可以在现场和实验室进行测量。
• 测量全厚度双轴残余应力分布（例如σxx、σyy和τxy），包括应力梯度。可以测量σzz，但难度更大且精度降低。
• 可以用iDHD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组件形状。
• 适用于多种材料，包括金属和非金属。
• 与成分材料的晶粒结构无关。
• 反向旋转钻孔最适合精度
• 相对于产生的信息量而言，这个过程很快。
• 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

• 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（0.24英寸）的组件。

已经进行了几项研究来验证DHD技术，使用具有已知应力状态的样品，通过在塑性范围内施加定义的载荷以在组件中创建内部应力状态，或通过在整个持续时间内将组件加载在弹性范围内测量。例如，梁部件被塑性弯曲以引入已知的残余应力分布。然后使用多种残余应力测量技术测量这些残余应力，包括中子衍射、切缝、环芯、增量中心孔钻孔、深孔钻孔和增量深孔钻孔，并使用有限元软件进行建模以提供进一步的数值验证。技术结果之间的相关性很强，DHD和iDHD显示出与数值模拟和其他实验技术相同的趋势和幅度。该比较的结果如图所示。