Page 13 - 《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

别展示了拉伸与扭转方向对应的 DIC 应变分布结果，可见试样变形主要集中于标距段，并表现出梯度分
布特征。此外，本装置亦可用于动态单轴拉伸或单轴扭转实验。由于此类实验方法已属成熟技术 [6-7, 10] ，
因此此处不再展开讨论。

1 200

1 2
1 2 3 4 5 6 20
900 15
True stress/MPa 600 Tension component Pure tension 3 4 Tension strain/% 10
Pure torsion
Eq.Ten-Tor.

300 5 6 5

Torsion component 0
0 0.05 0.10 0.10 0.10 0.25
True strain
(a) Stress-strain curves of the specimen under combined (b) Tensile strain component distribution
dynamic tension-torsion loading, with axial dynamic tension of the specimen
and torsion test results for comparison
600 5
1 2
25
4
Equivalent strain rate/s −1 400 3 2 Stress ratio 3 4 Tension strain/% 15
20

10
200
Tension component
Torsion component
Stress ratio 1 5 6 5 0
0
0 0.05 0.10 0.15 0.20
Equivalent strain
(c) Strain rate and stress ratio of combined (d) Torsional strain component distribution
tension-torsion loading of the specimen

1.7 时的典型拉伸-扭转实验结果
图 8 应力比为
Fig. 8 Typical tension-torsion experimental results with the stress ratio of 1.7

3.2 加载同步性分析
在拉伸/压缩-扭转复合加载实验中，加载同步性对实验结果的准确性至关重要。如 1.3 节所述，根据
式 (11) 可计算出由应力波发生器产生的拉伸波与电磁解锁机构产生的扭转波分别到达试样所需的时间
∆t = 76 μs 。该时间差源于拉伸波与扭转波在装置中产生位置的不同以及二者传播速度的差异。需要
差
说明的是，拉伸应变片与扭转应变片在波导杆上的粘贴位置距杆端的距离分别为 2 100、2 000 mm。因
∆t 的基础上，结合式 (5)～(6)，可进一步精确计算得到拉伸波与扭转波到达各自应变片
此，在拉伸波延时
t 2 = 230 μs 。基于上述时间参数，对图 9 (a) 中的原始入射波形进行平移处
的时间，分别为 t 1 = 459 μs 与
理，平移后的结果如图 9 (b) 所示。可以看出，在将波形平移 230 μs 后，两列入射波的上升沿基本对齐，表
明加载过程具有较好的同步性。
3.3 加载波形对应力比的影响
在先前基于电磁 SHB 装置的拉-扭实验研究 [24, 28] 中，所采用的加载波形组合为拉伸正弦波与扭转梯
形波。由于正弦波具有周期性振荡特性，而梯形波在平台阶段幅值基本恒定，二者形态差异显著，导致
试样在加载过程中的受力状态复杂且难以保持稳定。这种不匹配的波形组合使得试样无法实现恒定的

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