Page 113 - 《爆炸与冲击》2026年第2期

第 46 卷 张 臣，等： 高温与冲击耦合作用下超高性能混凝土的动态力学特性与本构方程 第 2 期

1.3 实验设备与方法
1.3.1 力学实验设备与 SHPB 原理
静态力学性能测试使用 WAW-1000 型万能试验机，测得 UHPC 的准静态抗压强度为 147.1 MPa。
动态冲击实验设备采用 SHPB 系统，如图 3 所示，该系统具备 25～1 000 ℃ 温控环境下的动态响应测试
能力。该 SHPB 系统的撞击杆、入射杆和透射杆的直径均为 75 mm，长度分别为 0.6、5.0 和 3.0 m，杆材
3
料均为为 60Si2Mn，密度为 7 800 kg/m ，弹性模量为 210 GPa，波速为 5 160 m/s。为避免实验过程中端面
摩擦效应的影响，冲击实验前在试样与杆接触的 2 个端面涂抹耐高温的二硫化钼润滑脂（常温时涂抹凡
士林）。

Projectile Shaper Incident bar Strain gauge UHPC Transmission bar Absorber bar

Compressed
air

Refractory mortar
Wheatstone
bridge

Velocimeter Data acquisition system Oscilloscope Strain amplifier High-temperature Ambient-temperature
furnace specimen container
图 3 SHPB 装置示意图
Fig. 3 SHPB apparatus schematic diagram

采用直径为 21 mm、厚 1 mm 的橡胶作为整形器 [17] ，以降低入射波的高频振荡。图 4 展示了 25 ℃、
0.3 MPa 气压和子弹速度为 6.7 m/s 的冲击下，在安装整形器前后入射波和反射波的波形对比。

0.8 0.1

Transmitted wave without a wave shaper Rubber with a diameter of 21 mm
0.6 Incident wave without a wave shaper Without a wave shaper
Incident wave with a wave shaper 0
0.4 Transmitted wave with a wave shaper
0.2 Reflected wave −0.1
Voltage/V 0 Voltage/V −0.2

−0.2
−0.3
−0.4 t shaper
−0.6 Incident wave Transmitted wave −0.4 t origin
−0.8 −0.5
0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 600 700 800 900 1000 1100
Time/μs Time/μs
(a) Waveforms of incident, reflected, and transmitted waves (b) Comparison of incident waveforms enlarged
before and after rubber wave shaping for part selected in Fig.4(a)

图 4 橡胶整形器修整入射波高频振荡部分
Fig. 4 High-frequency oscillations of the incident wave shaped by using a pulse shaper
梯形波因其特征线线性上升段成为理想入射波形，较长的脉冲升时（从脉冲起始点到峰值点所用的
时间）可显著促进试样内部应力平衡 [18] 。入射波高频振荡分量在安装橡胶脉冲整形器后被有效抑制，其

t shaper 远大于未整形工况（t ），时域特征曲线证实，橡胶材料对波形具有显著优化作用。
脉冲升时 origin
SHPB 动态压缩实验中，子弹撞击入射杆激发应力波传播，基于波阻抗界面匹配理论，应力波在入射
杆与试样界面发生透射（至透射杆）与反射（回入射杆）。杆表面粘贴的应变片通过程控放大器与动态应

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