概述
道路工程研究領(lǐng)域中的 Universal Testing Machine（UTM）是指在通用材料的疲勞試驗(yàn)機(jī)上發(fā)展起來的專用試驗(yàn)設(shè)備，通常包括：動(dòng)力系統(tǒng)，雙柱式反力架，伺服動(dòng)態(tài)作動(dòng)器（氣缸，油缸或電缸），環(huán)境箱，控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，傳感器（溫度，力和位移等），試件固定裝置，試驗(yàn)輔助工具，軟件，計(jì)算機(jī)及線纜等組成的試驗(yàn)系統(tǒng)。UTM系統(tǒng)可以將成型的道路材料試件放在環(huán)境箱中，模擬材料的服役氣候條件，通過加載桿對(duì)試件施加拉，壓，彎，剪等各種形式的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)作用，在此過程中，通過力和位移傳感器測(cè)量材料的應(yīng)力、應(yīng)變響應(yīng)，從而計(jì)算一系列的力學(xué)性能指標(biāo)，進(jìn)而用于瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)，瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)，預(yù)測(cè)材料的高低溫性能，抗疲勞性能等路用性能。

試驗(yàn)功能
模量試驗(yàn)
單軸壓縮動(dòng)態(tài)模量，滿足標(biāo)準(zhǔn)：AASHTO T342，JTG E20-2011 T0738
壓縮動(dòng)態(tài)模量，滿足標(biāo)準(zhǔn)：AASHTO T378/TP132（小試件）AMPT方法（單軸法和圍壓法）
單軸抗壓回彈模量，滿足標(biāo)準(zhǔn)：JTG E20 T0713
單軸拉伸動(dòng)態(tài)模量，滿足標(biāo)準(zhǔn)：EN 12697-26方法D，JTG 3441 T0863（無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料）
單軸拉壓動(dòng)態(tài)模量，滿足標(biāo)準(zhǔn)：EN 12697-26方法E
間接拉伸回彈模量，滿足標(biāo)準(zhǔn)：EN 12697-26方法C/方法F，ASTM D4123/D7369，AASHTO TP31/TP131
兩點(diǎn)彎拉動(dòng)態(tài)模量，滿足標(biāo)準(zhǔn)：EN 12697-26方法A（法國標(biāo)準(zhǔn)）
四點(diǎn)彎拉動(dòng)態(tài)模量，滿足標(biāo)準(zhǔn)：EN 12697-26方法B，JTG 3441 T0862（無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料）
無結(jié)合料三軸回彈模量，滿足標(biāo)準(zhǔn)：JTG D50-2017附錄D，AASHTO T307，EN 13286-7

高溫抗車轍性能試驗(yàn)

單軸貫入試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：JTG D50-2017附錄F
單軸循環(huán)壓縮試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：EN 12697-25方法A
三軸循環(huán)壓縮試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：EN 12697-25方法B
應(yīng)力掃描車轍試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：AASHTO TP134 SSR
增量重復(fù)加載永久變形試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：AASHTO T410 iRLPD
流值次數(shù)試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：AASHTO T378
理想車轍試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：ASTM D8360 Ideal-Rutting

抗裂性能試驗(yàn)（疲勞開裂和溫度開裂）

兩點(diǎn)梯形梁彎曲疲勞試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：EN 12697-24方法A（法國標(biāo)準(zhǔn)）
三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：JTG E20 T0715
三點(diǎn)彎曲蠕變?cè)囼?yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：JTG E20 T0728
四點(diǎn)小梁彎曲疲勞試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：JTG E20 T0739/JTG 3441 T0853和T0863（方法B），AASHTO T321，ASTM D7640/D8237，EN 12697-24方法B
間接拉伸疲勞試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：EN 12697-24方法E/方法F
直接拉伸疲勞試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：AASHTO T400/T411（小試件）S-VECD
罩面層反射裂縫試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：ASTM WK26816/Tex-248-F Overlay
理想開裂試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：ASTM D8225 Ideal-Cracking
半圓彎曲開裂試驗(yàn)（常溫法），滿足標(biāo)準(zhǔn)：AASHTO T393，ASTM D8044，EN 12697-44
半圓彎曲開裂試驗(yàn)（低溫法），滿足標(biāo)準(zhǔn)：AASHTO T394
約束試件溫度應(yīng)力試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：AASHTO TP10 TSRST，EN 12697-46 TSRST
低溫溫度應(yīng)力和應(yīng)變?cè)囼?yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：ASTM D8313 UTSST
碟型試件偏心拉伸試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：ASTM D7313 DCT
松弛試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：EN 12697-46 RT
拉伸蠕變?cè)囼?yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：EN 12697-46 TCT
單軸拉伸循環(huán)拉伸應(yīng)力試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：EN 12697-46 UCTST
間接拉伸蠕變?nèi)崃亢蛷?qiáng)度試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：AASHTO T322

層間黏結(jié)強(qiáng)度

路面結(jié)構(gòu)層級(jí)粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)，滿足標(biāo)準(zhǔn)：EN 12697-48 拉拔法和剪切法，AASHTO T407

主要特點(diǎn)

專為道路材料試驗(yàn)開發(fā)的硬件和軟件，具有以上所有試驗(yàn)功能的試驗(yàn)?zāi)０澹梢灾苯诱{(diào)用開始試驗(yàn)；全球大部分的瀝青混合料試驗(yàn)方法是基于CONTROLS-IPC的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)機(jī)（UTM和AMPT）開發(fā)的。
環(huán)境箱溫度范圍（UTM-30：-40℃到+80℃ | UTM-130：-50℃到+100℃）覆蓋主要自然氣候，適用于研究道路材料在極端惡劣氣候條件下的服役性能。
加載能力（±30kN），荷載頻率范圍（0.01~70Hz）和豐富的加載波形足夠模擬各種形式的交通荷載。
新一代的控制器和軟件支持用戶開展自定義的科研性試驗(yàn)，不斷拓展系統(tǒng)的試驗(yàn)功能。
CONTROLS-IPC在全球已銷售超過700套動(dòng)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)，測(cè)試結(jié)果得到業(yè)界的一致認(rèn)可，便于開展試驗(yàn)比對(duì)工作。
CONTROLS-IPC和歐美大地在道路材料試驗(yàn)設(shè)備制造，方法開發(fā)和技術(shù)服務(wù)領(lǐng)域各自超過近40年的經(jīng)驗(yàn)，提供更多的超值技術(shù)服務(wù)。

型號(hào)選擇

目前，CONTROLS-IPC的UTM系統(tǒng)共有5個(gè)常規(guī)型號(hào)，分別為：UTM-16P（氣動(dòng)型），UTM-30，UTM-130，UTM-130XL和UTM-250（從右至左）。其中，最受國內(nèi)用戶青睞的是UTM-30和UTM-130，在國內(nèi)分別有40臺(tái)左右的用戶。如果您的主要測(cè)試對(duì)象是瀝青混合料，那么UTM-30將是最合適的選擇；如果您還希望研究無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料，或是添加了建筑垃圾的材料等，可以選擇UTM-130。中國也是世界上購買100kN以上量程UTM最多的國家。

圖1：UTM產(chǎn)品系列

UTM-130XL是最早針對(duì)波蘭用戶需求開發(fā)的一款寬體結(jié)構(gòu)的超大型設(shè)備，主要用于大尺寸復(fù)合結(jié)構(gòu)梁型試件的疲勞試驗(yàn)，也可以按照我國的鋼橋面技術(shù)規(guī)范開展五點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)。下圖即為試件尺寸的對(duì)比，大型試件的尺寸可達(dá)：高160×寬200×長790mm；對(duì)比的小型試件為標(biāo)準(zhǔn)的四點(diǎn)小梁試件（50×63.5×380mm）。

圖2：四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)試件對(duì)比

UTM-250是目前加載能力最大的UTM系統(tǒng)，用于特殊強(qiáng)度材料的研究。

UTM-16P是以空氣作為動(dòng)力的系統(tǒng)，最大荷載16KN，主要優(yōu)勢(shì)是價(jià)格較低；但近年來，由于電動(dòng)型設(shè)備的面世，我們更推薦用戶選擇AsphaltQube電動(dòng)型設(shè)備。

試驗(yàn)軟件

Controls-IPC 的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)的UTS及UTS Neutron軟件具有既“簡單”又“復(fù)雜”的特點(diǎn)：

“簡單”是指軟件具有數(shù)十個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法程序，以及標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)的自定義模式程序，對(duì)于那些按照國際標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法進(jìn)行材料質(zhì)量控制試驗(yàn)的用戶來說，打開模板即可試驗(yàn)，操作非常方便；

“復(fù)雜”是指軟件具有多種自定義的新方法開發(fā)模式，可以編寫簡單的應(yīng)力/應(yīng)變控制試驗(yàn)，疲勞試驗(yàn)，多步驟加載試驗(yàn)；Controls-IPC的軟件開發(fā)工程師還可以根據(jù)用戶的特殊試驗(yàn)需求來編寫試驗(yàn)程序，共同開發(fā)新試驗(yàn)方法。

因此，Controls-IPC的軟件能夠滿足不同工作性質(zhì)的用戶需求。

圖3是常用的單軸壓縮動(dòng)態(tài)模量的試驗(yàn)結(jié)果示例，軟件能夠控制系統(tǒng)自動(dòng)完成頻率掃描，計(jì)算每個(gè)頻率對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)模量，相位角等指標(biāo)，并計(jì)算各種誤差指標(biāo)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的質(zhì)量進(jìn)行控制。測(cè)試結(jié)果以表格的形式顯示，并繪制成曲線實(shí)時(shí)顯示；用戶還可以將測(cè)試結(jié)果到處為.csv格式的文件，使用Excel等第三方程序進(jìn)行后處理；或是導(dǎo)出符合FHWA發(fā)布的FlexMAT程序要求格式的數(shù)據(jù)來繪制動(dòng)態(tài)模量主曲線。

圖3：單軸壓縮動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果示例

IMACS2控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

如今，Controls-IPC的所有動(dòng)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)均配備了IMACS2控制器。其中UTM系列為外置設(shè)計(jì)，AMPT和AsphaltQube系列為內(nèi)置一體化設(shè)計(jì)。新一代的IMACS2控制器是Controls-IPC根據(jù)自身動(dòng)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)的需求與新的UTS Neutron軟件共同開發(fā)的，具有如下的進(jìn)步：

新設(shè)計(jì)使用了新的電子元器件，延長了控制器的使用壽命，零配件在市場(chǎng)上易于購買；
控制器與計(jì)算機(jī)軟件通訊使用千兆網(wǎng)線，大幅度提高實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸速度；
控制器可以連接互聯(lián)網(wǎng)，由制造商進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行診斷，升級(jí)控制器固件；
控制頻率由原來的5kHz提高到25kHz，采樣頻率由5kHz提高到200kHz，AD轉(zhuǎn)換分辨率提高到24位；
控制器在主板上預(yù)留了RS485/232，CAN總線，HDMI輸出，USB，編碼器，電磁閥，步進(jìn)電機(jī)等接口，為后期的系統(tǒng)升級(jí)和硬件組網(wǎng)預(yù)留了可能性。
傳感器自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，當(dāng)插入帶有智能芯片的傳感器后，系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別標(biāo)定文件并導(dǎo)入，避免人工加載發(fā)生錯(cuò)誤的可能性。

圖4：IMACS2控制器

考慮到全球已有的數(shù)百個(gè)老用戶，Controls-IPC為了讓老用戶也能享受到技術(shù)進(jìn)步的便利，使用了雙向兼容的設(shè)計(jì)。即：用戶可以保留舊控制器，直接在電腦上安裝新軟件，用新軟件控制就舊控制器；用戶可以升級(jí)新控制器，并在軟件上同時(shí)安裝新舊軟件，分別用新舊軟件控制新控制器開展試驗(yàn)。

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