Page 11 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 杜 冰，等： 基于电磁Hopkinson杆系统的恒应力比动态拉伸/压缩-扭转复合试验装置及方法 第 7 期

如图 6 所示，实验中产生的拉伸波与扭转波 40 Tension-inci.
均呈现为幅值可调的梯形波，这与第 1.1 节设计 30 Tension-tran.
Torsion-inci.
的加载方案相符。本文中采用 3 组电容值均为 20 Torsion-tran.

2 mF 的 RLC 电路来产生拉伸/压缩波。通过分 10
别设置各组电路的充电电压与放电延时，可生成 True stress/MPa 0
脉宽相同而幅值不同的拉伸/压缩梯形波，结果 −10
−20
如图 6(a) 所示。扭转波则源于夹持段所储扭矩
−30
的瞬间释放。实验中通过改变预存扭矩的大小
−40
与电磁解锁时的放电电压，可有效调节扭转波的 0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000
Time/μs
幅值，如图 6(b) 所示。
图 5 动态同步拉伸-扭转联合加载的典型信号
根据一维应力波理论 [20] ，由于拉伸/压缩波
Fig. 5 Typical signals of combined dynamic
和扭转波在传播过程中互不影响，因此，拉伸/压
tension-torsion loading
缩和扭转加载中试样的应力、应变和应变率曲
线可以由下式计算得到。

100
U=1 400 V-1 200 V-1 100 V U=2 000 V, T=160 N·m
U=1 025 V-900 V-775 V U=1 800 V, T=130 N·m
U=750 V-600 V-500 V 60 U=1 600 V, T=85 N·m
75 C=4 mF
True stress/MPa 50 True stress/MPa 40

25
C=2 mF-2 mF-2 mF 20
t=0 μs-290 μs-465 μs
0 0
0 200 400 600 800 0 200 400 600 800 1 000
Time/μs Time/μs
(a) Compression/tension loading (b) Torsion loading
图 6 不同加载条件下加载波的时间-应力曲线
Fig. 6 Stress-time curves of loading wave with respect to different loading conditions

动态拉伸/压缩时的数据处理方法：

c b
˙ ε s = ε r (13)
l s
w t
c b
ε s = ε r dt (14)
l s 0
A b
σ s = E b ε t (15)
A s
c b 和
式中： ε r 和 ε t 分别为左右两侧波导杆上拉伸应变片测得的反射与透射应变信号， t 为入射波脉宽，
l s 分别为试样标距段的截面积与
E b 分别为波导杆的弹性波速与弹性模量， A b 为波导杆截面积， A s 和
长度。
动态扭转时的数据处理方法：

2r s c s
˙ γ s = γ r (16)
r b l s
w t
2r s c s
γ s = γ r dt (17)
0
r b l s

071001-8