本书总结了作者 2016 年至 2025 年间关于电磁加载技术及其应用的研究成果，内容涵盖了电磁铆接、电磁动能武器、无人机电磁弹射等典型应用；新型磁阻式电磁铆接技术、基于电磁加载的动态冷挤压技术、干涉螺栓安装技术、干涉衬套毫秒级快速安装技术以及基于电磁加载的霍普金森杆装置、高层建筑灭火炮、低速冲击设备和冲击疲劳测试设备。

本书技术体系全面，应用案例前沿，兼具突出的工程实践价值与前沿科研指导意义，特别适合飞机装配、飞机维修、结构设计及工艺研究等相关领域的工程技术人员与科研人员参考使用；同时，也可作为高等院校飞机制造、机械设计等专业师生及科研工作者的重要学习与教研参考资料。

目录

第 1 章 绪论

1.1 电磁铆接

1.2 电磁动能武器

1.3 电磁弹射技术

第 2 章 新型磁阻式电磁铆接

2.1 引言

2.2 磁阻式电磁铆接原理

2.2.1 磁阻式与感应式电磁铆接原理对比

2.2.2 弹丸受力分析

2.2.3 磁阻式电磁铆接的工作原理

2.3 磁阻式电磁铆接过程分析

2.3.1 磁阻式电磁铆接模型

2.3.2 关键参数对弹丸动能转换效率的影响

2.3.3 铆接电压工艺模拟

2.4 磁阻式电磁铆接原理分析

2.4.1 磁阻式电磁铆接试验平台的搭建

2.4.2 磁阻式电磁铆接工艺的研究

2.4.3 磁阻式与感应式电磁铆接效果对比

第 3 章 基于电磁加载的孔动态冷挤压

3.1 引言

3.2 孔动态冷挤压的原理

3.3 孔动态冷挤压疲劳寿命增益的研究

3.3.1 试验件和芯棒的设计

3.3.2 孔冷挤压试验

3.3.3 疲劳试验

3.4 孔动态冷挤压的疲劳寿命增益机制

3.4.1 残余应力的测量

3.4.2 基于电磁加载的动态孔冷挤压有限元模型的构建

3.4.3 残余应力分布

3.4.4 外载下应力分布

第 4 章 基于电磁加载的干涉螺栓高速动态安装

4.1 引言

4.2 复合材料干涉配合基础

4.2.1 干涉量

4.2.2 安装力

4.2.3 CFRP 结构干涉配合强化机理

4.3 复合材料结构干涉连接工艺

4.3.1 温差装配法

4.3.2 润滑辅助安装法

4.3.3 机械装配法

4.4 基于电磁加载的干涉配合紧固件高速动态安装工艺对孔周损伤行为的影响

4.4.1 安装试验

4.4.2 分析方法

4.4.3 安装过程力学行为分析与讨论

4.4.4 安装损伤行为分析

4.4.5 残余应力分布行为分析

4.5 电磁高速动态安装工艺对 CFRP 单搭接结构疲劳行为的影响

4.5.1 试样设计与材料选择

4.5.2 装配与连接工艺

4.5.3 疲劳试验测试

4.5.4 结果与讨论

4.5.5 疲劳失效机制与强化机理分析

第 5 章 基于电磁加载的干涉衬套的高速动态安装

5.1 引言

5.2 干涉衬套的动态安装方法

5.2.1 安装过程

5.2.2 电磁加载原理

5.3 感应式电磁加载过程耦合模型

5.3.1 实体模型的建立

5.3.2 Maxwell 仿真结果

5.4 装置设计及性能测试

5.4.1 实验装置设计

5.4.2 装置性能测试

5.5 实验关键参数估计

5.6 干涉衬套动态安装的疲劳增益

5.6.1 试件制备

5.6.2 疲劳试验条件

5.7 安装干涉衬套试件的疲劳行为

5.7.1 疲劳寿命

5.7.2 疲劳失效后的宏观形貌

5.7.3 CFRP 孔周疲劳

5.7.4 本章小结

第 6 章 基于电磁加载的动态力学测试设备

6.1 引言

6.2 电磁加载霍普金森杆的工作原理

6.2.1 工作原理及实施过程

6.2.2 复杂加载方式

6.3 低阻抗材料的动态力学性能测试

6.3.1 PMMA 和 PU 泡沫的动态压缩试验

6.3.2 天然石材材料的动态压缩试验

6.4 单轴双向复杂应力的加载测试

6.5 其他典型拓展应用 —— 双线圈电磁加载波形整形技术

6.5.1 双线圈电磁加载霍普金森杆的工作原理

6.5.2 双线圈电磁加载霍普金森杆试验

6.5.3 对比与分析

第 7 章 高层建筑灭火电磁炮

7.1 引言

7.2 灭火电磁炮基本原理分析

7.2.1 灭火电磁炮的基本原理

7.2.2 电磁力的有限元模拟

7.2.3 电磁弹射有限元模型

7.3 总体方案设计

7.3.1 灭火炮的方案设计

7.3.2 灭火炮的工作流程设计

7.4 电磁加载系统的机械结构设计

7.4.1 机械结构设计

7.4.2 弹射筒和调整架支撑强度仿真

7.4.3 放电线圈的设计与改进

7.5 控制系统设计

7.5.1 电容充电模块设计

7.5.2 控制系统核心器件选型设计

7.5.3 电源柜设计

第 8 章 基于电磁加载的低速冲击设备

8.1 引言

8.2 基于电磁加载的低速冲击方法

8.2.1 加载过程电磁场耦合有限元模型

8.2.2 加载过程中的电磁作用机制

8.2.3 电磁加载低速冲击波形的调控方法

8.3 CFRP/Al 多钉铆接结构电磁冲击试验验证

8.3.1 CFRP/Al 多钉铆接结构电磁冲击试验设计

8.3.2 单次电磁冲击试验

8.3.3 多次电磁冲击试验

第 9 章 基于电磁加载的冲击疲劳测试设备

9.1 引言

9.2 电磁冲击疲劳测试方法系统介绍

9.2.1 电磁冲击疲劳加载原理

9.2.2 电磁冲击疲劳设备结构设计

9.2.3 电磁冲击疲劳设备测试系统

9.2.4 电磁冲击疲劳设备性能验证

9.3 GFRP 层合板冲击疲劳试验

9.3.1 试件制备及试验细节

9.3.2 冲击力响应

9.3.3 损伤演化

参考文献

前 言

电磁加载技术作为人类历史上继机械能、化学能之后能量加载方式的又一次重大革命，突破了传统能量加载技术的诸多瓶颈，能精准解决多领域的核心痛点，兼具技术创新性与产业应用性，是赋能传统产业升级、培育新质生产力的关键技术，在航空航天、民用制造等多领域拥有广阔的发展前景。

自 1990 年投身电磁铆接技术研究，追随我国电磁铆接技术奠基者余公藩教授的脚步，自己带领团队深耕此领域已历 36 载。从风华正茂到花甲之年，30 余载的光阴皆倾注于祖国航空航天制造事业，我们始终以专注、坚守的初心持续攻关，推动我国电磁铆接技术实现了从望其项背到国际同台竞技、再到局部领域领先的跨越式发展。这一历程印证了深耕技术的价值，也让我们深知，核心技术的突破从来都离不开日复一日的坚守与探索。

前 30 年，团队聚力电磁铆接技术的基础研究与技术攻坚；近年来，我们将工作重心转向电磁加载技术的推广应用与产业化落地。2020 年，陕西大工旭航电磁科技有限公司的创立，成为技术走向产业的重要契机。我们相继研发出灭火电磁炮、电磁加载冲击测试系统、电磁抛投器等非军工领域产品，以实际成果验证了电磁加载技术作为新质生产力的核心价值，实现了从实验室技术到产业应用的转化，为传统产业升级换代提供了全新技术路径。

30 余载的技术积淀，凝聚成团队在电磁加载技术领域的系列研究成果。我们研制的电磁铆接设备实现了关键航空装备的自主可控和国产替代，解决了多个型号装配难题。我们研发的灭火电磁炮实现了消防装备的重大突破，为解决高楼灭火难题提供了先进的装备。创新地用电磁加载代替高压气体加载研制电磁加载冲击测试系统，实现了传统霍普金森杆的升级换代。

本书是对自己和团队近年来在电磁加载技术研究与应用方面的系统总结，集中呈现了磁阻式电磁铆接、基于电磁加载的孔动态冷挤压、干涉配合紧固件的高速动态安装、复合材料结构干涉衬套安装技术等多项创新成果，同时详细介绍了团队研发的基于电磁加载的冲击测试技术及配套设备。这些成果是团队多年技术攻关的心血结晶，更是我国电磁加载技术发展的一个缩影。

科技的进步在于传承与创新，技术的价值在于共享与推广。谨以此书，抛砖引玉，希望能为从事电磁加载技术研究、应用的同行与读者提供参考与思路，吸引更多人才投身这一新兴产业。未来，我们仍将坚守初心，持续深耕小能量电磁加载技术的研发与新产品的研制，倾力培育电磁加载技术专业人才，推动这一技术在更多领域落地生根、开花结果，让电磁加载技术这一新兴产业释放更大价值，为我国制造业的高质量发展贡献绵薄之力。

本书包括 10 章。

第 1 章对电磁加载技术进行了概述，介绍了电磁加载的原理、特点及应用。重点介绍了电磁加载技术的典型应用，包括电磁铆接、电磁动能武器和无人机电磁弹射系统。

第 2 章介绍了团队在电磁铆接技术研究方面的新成果：磁阻式电磁铆枪。本章采用理论分析、数值模拟和工艺试验相结合的方法，验证了磁阻式电磁铆接的可行性，分析了关键工艺参数对铆接效果的影响，研制了新型磁阻式电磁铆枪。

第 3 章介绍了基于电磁加载的金属结构孔的动态冷挤压新工艺。该工艺可有效解决传统孔冷挤压工艺方法挤压阻力过大导致孔壁损伤、卡棒、断棒等缺陷，阐明了孔的动态冷挤压强化机理，提出了冷挤压开孔板疲劳行为的预测方法。

第 4 章介绍了基于电磁加载的复合材料结构干涉螺栓高速动态安装技术。动态安装颠覆了传统安装法 “生拉硬拽” 的安装原理，利用应力波瞬间弹性 “拉细” 紧固件，从源头解决了安装过程中的损伤难题，该章揭示了动态安装过程中应力波诱导紧固件瞬态弹性变形机制。

第 5 章介绍了一种基于电磁加载的复合材料干涉衬套高速动态安装技术，该技术通过电磁加载技术实现了衬套的毫秒级的快速安装。动态安装干涉衬套工艺可以显著减少初始损伤和应力集中，提升结构的疲劳寿命。

第 6 章介绍了一种基于电磁加载的霍普金森杆装置。基于电磁加载的霍普金森杆可以解决传统霍普金森杆多轴加载的同步性难题，可实现波形调控，实现了霍普金森杆的升级换代。

第 7 章介绍了一种基于电磁加载的高层建筑灭火炮。为了解决高层建筑的灭火难题，研制了用于城市高层建筑消防灭火的电磁加载系统，可以实现对高层建筑高效快速、绿色安全的灭火。

第 8 章介绍了一种基于电磁加载的低速冲击设备，该设备有效解决了现有的气动或落锤低速冲击设备提供的加载波形无法主动调节，难以真实反映结构实际受冲击工况且测试周期长的问题。

第 9 章介绍了电磁加载冲击疲劳测试技术及设备。电磁加载冲击疲劳测试设备具有冲击能量连续可调、加载频率高、运行稳定以及结构相对简单等优点，能够更好地满足日益广泛的冲击疲劳试验需求。

西北工业大学曹增强教授提出了本书编写的总体思路，同时组织和协调了本书书稿的撰写工作，对本书的出版与发行做出了决定性贡献。西北工业大学霍鲁斌副教授完成了本书第 1、5 章和第 7 章的编写，重庆交通大学曹跃杰副教授完成了本书第 2 章的编写，西安电子科技大学郑国副教授完成了本书第 3 章的编写，王晓荷博士完成了本书第 4 章的编写，郭映江参与了本书第 6 章的编写。在本书的编写过程中，闫璐对第 5 章内容的撰写做出了较大贡献，胡琪参与了第 2 章内容的撰写，张铭豪完成了第 8 章的撰写，贺原卓完成了第 9 章的撰写。本书的出版得到西北工业大学研究生教材建设基金的资助。由于时间等多方面限制，书中错漏在所难免，欢迎读者批评指正。

作者

2026 年 3 月 26 日

写于西安