一、核心原理：基于伺服液壓的多維應(yīng)力 - 應(yīng)變動態(tài)模擬

伺服液壓動三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的核心原理是通過伺服液壓驅(qū)動、閉環(huán)反饋控制、多場耦合加載，jing準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)瀝青混合料在路面服役過程中承受的 “軸向動荷載 + 圍壓靜荷載" 復(fù)合應(yīng)力環(huán)境，進(jìn)而量化材料的動態(tài)力學(xué)響應(yīng)特性，核心邏輯可概括為 “應(yīng)力加載→變形監(jiān)測→數(shù)據(jù)反饋→荷載修正" 的實(shí)時(shí)閉環(huán)。

1. 基礎(chǔ)力學(xué)原理適配（貼合路面服役實(shí)際）

瀝青混合料在路面結(jié)構(gòu)中處于三維應(yīng)力狀態(tài)：行車荷載產(chǎn)生周期性軸向動應(yīng)力（0-100kPa），路基與相鄰結(jié)構(gòu)提供側(cè)向圍壓（5-50kPa），溫度變化疊加體積應(yīng)力影響。伺服液壓動三軸系統(tǒng)通過以下機(jī)制模擬該過程：

應(yīng)力加載模式：采用 “軸向動載 + 徑向靜載" 組合，軸向通過伺服液壓缸施加正弦波、方波等周期性荷載（頻率 0.1-20Hz，模擬不同行車速度），徑向通過圍壓系統(tǒng)施加恒定壓力（模擬路面深度方向約束）。

力學(xué)響應(yīng)監(jiān)測：通過軸向力傳感器（精度≤±0.5% F.S.）、環(huán)向應(yīng)變計(jì)（分辨率≤1με）、體積變化傳感器（精度≤0.1cm3）同步采集荷載、變形、體積變化數(shù)據(jù)，計(jì)算動彈模、阻尼比、yong久變形等關(guān)鍵指標(biāo)。

溫度耦合控制：部分gao端設(shè)備集成溫控艙，可實(shí)現(xiàn) - 20℃-60℃范圍內(nèi)的溫度jing準(zhǔn)控制（精度 ±0.5℃），適配不同氣候區(qū)路面溫度環(huán)境，這與 JTG 3410-2025 中 “考慮溫度對材料性能影響" 的試驗(yàn)理念高度契合。

2. 伺服液壓技術(shù)的核心突破

相較于傳統(tǒng)靜力三軸儀，該系統(tǒng)通過伺服控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)三大升級，解決 “動態(tài)荷載模擬失真"“數(shù)據(jù)采集滯后"“多參數(shù)協(xié)同難" 等痛點(diǎn)：

荷載jing準(zhǔn)可控：采用電液伺服閥（響應(yīng)時(shí)間≤5ms）調(diào)節(jié)液壓油流量與壓力，使軸向動荷載峰值波動≤±1%，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)備 ±5% 的偏差，可jing準(zhǔn)模擬重載交通的沖擊荷載。

變形實(shí)時(shí)追蹤：基于 LVDT（線性可變差動變壓器）的位移傳感器（量程 0-50mm，分辨率 0.001mm），實(shí)時(shí)捕捉混合料在動態(tài)荷載下的彈性變形與塑性累積變形，數(shù)據(jù)采樣頻率可達(dá) 1000Hz。

多場協(xié)同加載：通過zhong央控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) “荷載 - 應(yīng)變 - 溫度" 三參數(shù)聯(lián)動，例如在高溫（60℃）、高圍壓（30kPa）條件下施加高頻動荷載，模擬南方夏季重載路段的材料受力狀態(tài)。

二、設(shè)備結(jié)構(gòu)組成：支撐動態(tài)力學(xué)測試的五大核心系統(tǒng)

伺服液壓動三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理依賴于 “液壓動力、荷載施加、變形監(jiān)測、溫度控制、數(shù)據(jù)處理" 五大系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作，各系統(tǒng)功能與原理適配如下：

1. 液壓動力系統(tǒng)（能量供給核心）

組成：高壓液壓泵站（工作壓力 0-21MPa）、蓄能器、濾油器、冷卻器。

工作原理：

① 動力輸出：液壓泵站將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，通過高壓油管輸送至伺服閥，為軸向與徑向加載提供穩(wěn)定動力；

② 壓力緩沖：蓄能器吸收液壓系統(tǒng)壓力脈動，確保荷載輸出平穩(wěn)（壓力波動≤±0.1MPa）；

③ 系統(tǒng)保護(hù)：濾油器過濾液壓油雜質(zhì)（精度≤5μm），冷卻器控制油溫在 30-50℃，避免油液劣化影響伺服閥壽命。

2. 荷載施加系統(tǒng)（應(yīng)力傳遞關(guān)鍵）

組成：軸向伺服液壓缸、徑向圍壓缸、壓力室、試樣帽 / 底座。

工作原理：

① 軸向加載：伺服液壓缸活塞桿帶動試樣帽向下施加軸向荷載，通過力傳感器實(shí)時(shí)反饋荷載大小，伺服閥根據(jù)指令動態(tài)調(diào)節(jié)壓力；

② 徑向圍壓：高壓油液注入壓力室，對圓柱形試樣（直徑 100mm，高 200mm 或直徑 150mm，高 300mm）施加均勻徑向圍壓，圍壓值通過壓力傳感器閉環(huán)控制；

③ 試樣密封：采用熱縮膜或橡膠膜包裹試樣，兩端通過試樣帽與底座密封，防止圍壓油液滲入試樣內(nèi)部（尤其適用于多孔瀝青混合料）。

3. 變形監(jiān)測系統(tǒng)（力學(xué)響應(yīng)捕捉）

組成：軸向 LVDT 位移傳感器、環(huán)向應(yīng)變片、體積變化測量裝置。

工作原理：

① 軸向變形：LVDT 傳感器固定在壓力室頂部，通過測量活塞桿位移獲取試樣軸向總變形，扣除設(shè)備自身變形（需預(yù)先標(biāo)定）后得到真實(shí)試樣變形；

② 環(huán)向變形：在試樣中部粘貼 2-4 片環(huán)向應(yīng)變片（采用半橋或全橋接法），通過應(yīng)變儀測量徑向變形，計(jì)算泊松比；

③ 體積變化：采用排水法或壓力補(bǔ)償法，通過量管或壓力傳感器測量試樣在加載過程中的排水體積或體積膨脹量，精度可達(dá) 0.01cm3。

4. 溫度控制系統(tǒng)（環(huán)境模擬保障）

組成：溫控艙、加熱器、制冷器、溫度傳感器。

工作原理：

① 溫度設(shè)定：根據(jù)試驗(yàn)需求（如 - 10℃模擬北方冬季，50℃模擬南方夏季）設(shè)定目標(biāo)溫度，溫控模塊自動啟動加熱或制冷；

② 均勻控溫：通過風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)溫控艙內(nèi)空氣循環(huán)，溫度傳感器（精度 ±0.1℃）實(shí)時(shí)反饋溫度，確保試樣周圍溫度均勻性≤±0.5℃；

③ 保溫隔熱：壓力室采用雙層真空玻璃結(jié)構(gòu)，減少與外界的熱交換，維持試驗(yàn)過程中溫度穩(wěn)定。

5. 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（結(jié)果分析核心）

組成：工業(yè)計(jì)算機(jī)、Z用用測試軟件、數(shù)據(jù)采集卡、打印機(jī)。

工作原理：

① 參數(shù)設(shè)定：通過軟件設(shè)定加載波形（正弦波、三角波等）、頻率、幅值、圍壓、溫度等試驗(yàn)參數(shù)，生成加載指令；

② 實(shí)時(shí)采集：數(shù)據(jù)采集卡以 100-1000Hz 的頻率同步采集力、位移、應(yīng)變、溫度等數(shù)據(jù)，生成 “荷載 - 時(shí)間"“應(yīng)變 - 時(shí)間"“應(yīng)力 - 應(yīng)變" 曲線；

③ 結(jié)果計(jì)算：自動計(jì)算動彈模（Ed）、阻尼比（ζ）、累積yong久變形（εp）等指標(biāo)，例如 Ed=σ0/ε0（σ0 為應(yīng)力幅值，ε0 為應(yīng)變幅值），ζ= 耗能面積 /(2π× 彈性勢能)；

④ 數(shù)據(jù)溯源：自動記錄試驗(yàn)參數(shù)、加載曲線、原始數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果，可導(dǎo)出為 Excel 或 PDF 格式，符合 JTG 3410-2025 “試驗(yàn)數(shù)據(jù)可追溯" 的要求。

三、典型試驗(yàn)流程：以瀝青混合料動態(tài)模量測試為例

結(jié)合 JTG 3410-2025 中對混合料動態(tài)力學(xué)性能的測試需求，伺服液壓動三軸試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化流程可分為 7 個(gè)階段：

試樣制備：采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀制備 Φ100×200mm 的圓柱形混合料試樣，按 T0701 標(biāo)準(zhǔn)鉆芯取樣，測量高度與直徑（誤差≤±1mm），計(jì)算體積密度。

設(shè)備準(zhǔn)備：啟動液壓泵站與溫控系統(tǒng)，設(shè)定目標(biāo)溫度（如 25℃）與圍壓（如 20kPa），設(shè)備自檢（傳感器、伺服閥狀態(tài)），預(yù)熱 30 分鐘。

試樣安裝：將試樣包裹密封膜，置于壓力室底座上，安裝試樣帽與環(huán)向應(yīng)變片，連接位移傳感器，關(guān)閉壓力室并注入液壓油。

圍壓施加：啟動圍壓系統(tǒng)，緩慢升壓至目標(biāo)值（20kPa），恒溫 30 分鐘，確保試樣與環(huán)境溫度一致。

預(yù)加載：施加小幅值軸向靜荷載（5kPa）與低頻率動荷載（0.1Hz，幅值 2kPa），預(yù)壓 10 個(gè)循環(huán)，X除試樣初始孔隙與安裝間隙。

正式試驗(yàn)：按設(shè)定參數(shù)加載（如正弦波，頻率 10Hz，應(yīng)力幅值 50kPa），連續(xù)加載 100 個(gè)循環(huán)，實(shí)時(shí)采集應(yīng)力 - 應(yīng)變數(shù)據(jù)，計(jì)算動彈模與阻尼比。

試驗(yàn)結(jié)束：卸載圍壓與軸向荷載，打開壓力室取出試樣，軟件自動生成試驗(yàn)報(bào)告，包含原始數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果及相關(guān)曲線。

四、公路工程應(yīng)用價(jià)值：與 JTG 3410-2025 的技術(shù)協(xié)同

伺服液壓動三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理與 JTG 3410-2025 中 “強(qiáng)化材料動態(tài)性能評價(jià)"“適配復(fù)雜服役環(huán)境" 的修訂方向高度契合，核心應(yīng)用價(jià)值體現(xiàn)在三大場景：

長壽命路面設(shè)計(jì)：通過測試不同溫度、圍壓、荷載頻率下的動彈模，建立混合料動態(tài)力學(xué)參數(shù)庫，為路面結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算提供jing準(zhǔn)輸入，例如某設(shè)計(jì)壽命 30 年的高速項(xiàng)目，通過該試驗(yàn)優(yōu)化混合料級配，使 25℃下動彈模從 12000MPa 提升至 15000MPa。

抗車轍性能評估：采用 “重復(fù)加載yong久變形試驗(yàn)" 模式，在 60℃、30kPa 圍壓下施加 10000 次循環(huán)荷載，計(jì)算yong久變形量（要求≤5%），JTG 3410-2025 新增的車轍因子優(yōu)化即參考此類動態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

zai生混合料性能驗(yàn)證：對比舊料摻配率 30%、50%、70% 的zai生混合料在不同荷載下的動態(tài)響應(yīng)，確定Z佳舊料摻配比例，某zai生工程通過該試驗(yàn)將舊料摻配率從 40% 提升至 60%，仍滿足動彈模≥10000MPa 的要求。

結(jié)語：動態(tài)測試技術(shù)對公路質(zhì)量的深層支撐

伺服液壓動三軸試驗(yàn)系統(tǒng)的工作原理，本質(zhì)是將路面服役中的 “復(fù)雜動態(tài)應(yīng)力場" 轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)室可jing準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)的 “可控加載條件"，通過液壓伺服的jing準(zhǔn)驅(qū)動與多參數(shù)協(xié)同控制，突破了傳統(tǒng)靜態(tài)試驗(yàn)無法評價(jià)材料動態(tài)性能的局限。在 JTG 3410-2025 強(qiáng)調(diào) “全壽命周期性能" 的背景下，該系統(tǒng)為瀝青混合料的kang疲勞、抗車轍、抗變形等關(guān)鍵性能提供了量化依據(jù)，是連接材料研發(fā)、配合比設(shè)計(jì)與路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心技術(shù)橋梁，對推動公路工程從 “經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)" 向 “jing準(zhǔn)力學(xué)設(shè)計(jì)" 轉(zhuǎn)型具有重要意義。