Page 12 - 《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

r s J b G b
τ s = γ t (18)
r b J s
c s 为波导杆的剪切波波
式中： γ r 和 γ t 分别为左右两侧波导杆上扭转应变片测得的反射与透射应变信号，
l s 分别为试样标距
速， G b 为波导杆材料的剪切模量， J b 为波导杆的截面极惯性矩， r b 为波导杆半径， r s 和
J s 为试样标距段的截面极惯性矩。
段的中径与长度，
根据塑性力学理论 [29] ，试样上的应力比 C 被定义为等效拉伸应力和等效扭转应力的比值，由下式计
算得到：
σ s
C = √ (19)
3τ s
[29] 为：
对于本文中研究的对象，试样在拉伸/压缩-扭转耦合加载时的等效应力 σ s 和等效应变 ε s
√
σ s = σ +3τ 2 (20)
2
s s
…
1
ε s = ε + γ 2 (21)
2
s s
3
根据应力波理论 [20] ，当入射杆与透射杆的界面上应力相等，则试样达到应力平衡。如图 7 所示，拉
R(t) 均保持在±5% 内，因此，可以证明实验过程是应
伸和扭转实验在材料进入塑性后，其应力平衡参数
力平衡的，实验方法和装置可靠。
|σ i (t)−σ r (t)−σ t (t)|
R(t) = ×100% (22)
[σ i (t)−σ r (t)+σ t (t)]/2
σ t (t) 为波导杆上获得的入射、反射和透射应力波信号。
、
式中： σ i (t) σ r (t) 和
20 10 8 10

Transmitted-tension Transmitted-torsion
Stress equilibrium Stress equilibrium
15 5 6 5
True stress/MPa 10 0 R(t)/% True stress/MPa 4 0 R(t)/%

5
−5 2 −5
0 0
−10 −10
0 200 400 600 800 0 200 400 600 800 1 000
Time/μs Time/μs
(a) Dynamic tension component (b) Dynamic torsion component
图 7 动态同步拉伸-扭转联合加载的应力平衡性分析
Fig. 7 Stress equilibrium analysis of combined dynamic tension-torsion loading

3 实验结果与讨论

3.1 力学响应
以 CoCrFeMnNi 高熵合金为研究对象，其在动态拉伸-扭转复合加载下的应力-应变响应如图 8 所
示。在等效应变率为 500 s 的加载条件下，经 DIC 校正后的试样等效应力-应变曲线如图 8(a) 所示，图
−1
中同时给出了拉伸与扭转方向的应力-应变分量。作为对比，试样在动态纯拉伸与纯扭转作用下的应力-
应变响应也一并呈现。从图 8(c) 可以看出，试样在拉伸与扭转分量上所对应的等效应变率分别稳定保
−1
持在约 500 和 350 s ，表明在整个加载过程中应变率基本恒定。根据式 (19) 计算得到的拉-扭应力比约为
1.7，且该比值在变形过程中基本保持稳定，说明本装置能够实现较为稳定的应力比加载。图 8(b)、(d) 分

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