Page 17 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 第 7 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 46, No. 7
2026 年 7 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Jul., 2026

DOI：10.11883/bzycj-2025-0225

Hopkinson 杆用于冲击疲劳试验的应力波调控方法 *

1,2
3,4
1,2
5
李泊立 ，袁康博 ，赵思晗 ，姜海龙 ，郭玉佩 ，郭伟国 1,2
1,2
（1. 西北工业大学航空学院，陕西 西安 710072；
2. 强度与结构完整性全国重点实验室，陕西 西安 710072；
3. 西北工业大学力学与交通运载工程学院，陕西 西安 710129；
4. 西北工业大学深圳研究院，广东 深圳 518057；
5. 西安现代控制技术研究所，陕西 西安 710065）

摘要： 在国防与民用领域，一些装备和结构不可避免地会承受间断性的、高加载率的、重复性的强冲击作用，即
所谓的重复冲击或冲击疲劳作用。要研究装备或结构的冲击疲劳行为，首先需要建立可靠的冲击疲劳试验技术或方
法。对传统的 Hopkinson 杆冲击加载技术进行了修改和功能提升，并分析和研究了连续冲击时加载杆、试样、夹具等
应力波传播问题，对作用于试样的冲击加载波的幅值、脉宽和应力波脉冲构型进行了分析与调制，以及对在冲击疲劳
试验中如何实现单脉冲加载进行了理论分析。通过优化和改进撞击弹的撞击速度、长度以及弹体的几何形状实现了
有效的加载波幅值、脉宽和应力波脉冲构型控制。最终提出了一种简单快速可适用于冲击疲劳试验的单脉冲加载方
法，其原理为：通过设计加载杆的长度与材料参数，使试样和入射杆端面协同作用与分离，避免了加载杆上来回传播的
应力波对试样的不规则随机二次或多次加载问题，实现了连续冲击时，每单次冲击对试样的单次加载功能。通过数值
模拟和实际试验验证，证明了所提出的冲击疲劳单脉冲加载方法的有效性和可行性。并建立了用于剪切冲击疲劳的
加载装置，获得了 TC4 钛合金的剪切冲击疲劳应力-寿命曲线。
关键词： 冲击疲劳；应力波；单脉冲加载；Hopkinson 杆
中图分类号： O347.4 国标学科代码： 13015 文献标志码： A

Stress wave control method for the Hopkinson bar used in
the impact fatigue experiment

1,2
5
3,4
1,2
1,2
LI Boli , YUAN Kangbo , ZHAO Sihan , JIANG Hailong , GUO Yupei , GUO Weiguo 1,2
（1. School of Aeronautics, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, Shaanxi, China;
2. National Key Laboratory of Strength and Structural Integrity, Xi’an 710072, Shaanxi, China;
3. School of Mechanics and Transportation Engineering, Northwestern Polytechnical University,
Xi’an 710129, Shaanxi, China;
4. Shenzhen Research Institute of Northwestern Polytechnical University, Shenzhen 518057, Guangdong, China;
5. Xi’an Modern Control Technology Research Institute, Xi’an 710065, Shaanxi, China）

Abstract: In both national defense and civilian applications, various equipment and structural components are frequently
subjected to intermittent, high loading rates, and repetitive severe impact loads, which are referred to as repeated impacts or
impact fatigue. To study the impact fatigue behavior of equipment or structures, it is necessary to first establish reliable impact
fatigue testing techniques or methodologies. Therefore, the conventional Hopkinson bar impact loading system was modified

* 收稿日期： 2025-07-21；修回日期： 2025-12-03
基金项目： 国家自然科学基金（12202149，12372365，12072287）；广东省基础与应用基础研究基金（2025A1515011462）；
中央高校基本科研业务费面上项目（D5000240124）
第一作者： 李泊立（1998－ ），男，博士研究生，liboli2020@nwpu.mail.edu.cn
通信作者： 袁康博（1992－ ），女，博士，副教授，kangboyuan@nwpu.edu.cn

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