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JP2977713B2 - ボルトの遅れ破壊試験装置 - Google Patents

ボルトの遅れ破壊試験装置

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JP2977713B2
JP2977713B2 JP6024301A JP2430194A JP2977713B2 JP 2977713 B2 JP2977713 B2 JP 2977713B2 JP 6024301 A JP6024301 A JP 6024301A JP 2430194 A JP2430194 A JP 2430194A JP 2977713 B2 JP2977713 B2 JP 2977713B2
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修身 鈴木
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Hino Motors Ltd
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Hino Jidosha Kogyo KK
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  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高強度鋼からなるボルト
の遅れ破壊限度を試験する試験装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】エンジンを構成するフライホイール、ク
ランクシャフト、これらを組立てるボルトなどは、エン
ジン全体の質量を軽減、或いは小型化するためにクロム
モリブデン鋼や炭素鋼などの高強度鋼が一般的に選定さ
れ使用されている。しかし、この高強度鋼は一定の応力
を負荷された状態である時間経過後に突然破壊する現
象、いわゆる遅れ破壊(Delayed Fracture)を生じるこ
とがあるため、実際の選定に際しては使用する材料又は
使用する部品が実用に耐えるか否かの耐久性試験をして
おく必要がある。試験の結果、一般の疲労破壊に相当す
る遅れ破壊限度内であることを確認した上で、試験材料
と同一の材料をボルトなどに加工するか、又は被験ボル
トと同質のボルトを使用する。
【0003】従来、本出願人はボルトを作成する前の材
料の段階で、この耐久性を試験する装置である遅れ破壊
試験装置(実開昭55−113949)を提案した。こ
の装置は基台上に一対の支柱が立設され、支柱の上端部
間にスプリングが横架固設され、このスプリングの中央
部に昇降固定自在に引張治具が装着され、この引張治具
に対向して固定治具を基台の上面に固定し、引張治具と
固定治具の間に連結治具を介して供試品を固定した後、
応力を加えるよう構成されている。
【0004】しかし、上記装置ではボルトの実用段階に
おける遅れ破壊の試験を行うことが難しい。このため図
5に示す装置が試作され試験が行われていた。即ち、断
面が楕円状の筒体2の上部中央に被験ボルト1が挿入可
能な挿入孔2aが設けられ、この挿入孔2aに対向する
筒体2の下部中央にはボルト1の雄ねじ部が螺合可能な
ねじ孔2bが設けられる。この筒体2は高弾性の鋼材で
あって、被験ボルト1を挿入孔2aに通してねじ孔2b
に螺合し、その頭部1aを挿入孔2aの孔縁に密着した
ときに、ボルト1が実際の使用時に受ける負荷に相当す
る応力を発生するようになっている。遅れ破壊が生じる
のは、高強度鋼中の水素が主原因と考えられているた
め、この筒体2はボルト1を螺着した状態で、酸化性液
体3の中に浸漬して腐食雰囲気で放置し、遅れ破壊を促
進させている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記遅れ破壊
試験装置では、筒体が被験ボルトと比較して大きくかつ
その作製が容易でない。また筒体の形状及び弾性力がそ
れぞれ画一であるため、被験ボルトの長さに変更があっ
た場合、又は被験ボルトを異なる引張応力で試験したい
場合には、新たに試験条件に合う筒体を用意しなければ
ならなかった。しかも複数の被験ボルトを試験するため
に、筒体に複数個の挿入孔及びねじ孔を設け、複数の被
験ボルトを同時に試験したときには、被験ボルトの締付
けにより生じた応力が隣接する被験ボルトに影響しない
ように挿入孔の間隔を大きくするか、或いは被験ボルト
の本数分だけ筒体を用意しなければならない煩わしさが
あった。更に被験ボルトが実際に固着する被取付体の材
質と筒体の材質が同一でない場合には、試験データの信
頼性が高くない不具合があった。
【0006】本発明の目的は、小型でその作製が容易で
あるボルトの遅れ破壊試験装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、単一の試験装置で複数の被験ボル
トを同時に試験することにより、試験処理能力の高いボ
ルトの遅れ破壊試験装置を提供することにある。本発明
の更に別の目的は、被験ボルトの長さが多少異なっても
試験ができ、また被験ボルトに異なる引張応力を加えて
試験することができ、かつ実際に使用される状態に近い
条件で試験することのできるボルトの遅れ破壊試験装置
を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成を、実施例に対応する図面を用いて説明
する。本発明のボルトの遅れ破壊試験装置は、図1及び
図2に示すように試験装置本体が金属製のブロック体1
1からなり、被験ボルト13の雄ねじ部13a及び軸部
13cが挿入可能な挿入孔12とこの挿入孔12に酸化
性流体16を送込むための挿入孔12に連通する通孔1
4がブロック体11に設けられ、挿入孔12の一方の孔
縁近傍部分に雄ねじ部13aが螺合可能な雌ねじ部12
bが形成され、挿入孔12の雌ねじ部12bの形成され
ていない非ねじ部12aに通孔14の一端が臨み、非ね
じ部12aがボルト13の軸部13cより大径に形成さ
れ、ボルト13の雄ねじ部13aを雌ねじ部12bに螺
合し所定のトルクでボルト13を締付けてボルト13の
頭部13bを挿入孔12の他方の孔縁に密着するとき通
孔14を介して挿入孔12に酸化性流体16を送込んだ
状態でボルト13に所定の引張応力を生じるように構成
されたものである。
【0008】なお、酸化性流体16が酸化性液体であっ
て、この液体16を貯える貯槽17に金属製のブロック
体11を浸漬することにより通孔14を介して挿入孔1
2に酸化性液体16を送込むことが好ましい。また、図
2に示すように挿入孔12を金属製のブロック体11に
間隔をあけて複数個設け、隣接する挿入孔12に締付け
られたボルト13により生じる応力を遮断するための切
込み11cを挿入孔12の間のブロック体11に挿入孔
12に平行にかつブロック体11を挿入孔毎に分断する
ように設けることが好ましい。
【0009】また、図3及び図4に示すように金属製の
ブロック体11を分断するように設けられた切込み11
cにブロック体11の挿入孔12の他方の孔縁を有する
面11bに突出するように挿入された金属製の仕切板1
8と、ブロック体11の分断された面に配置され被験ボ
ルト13と同一のボルトにより実際に固着される部材と
同一の材料からなりかつ挿入孔12と同一径の透孔19
aと透孔19aに連通する側孔19bとを有する被取付
体19とを備え、透孔19a及び挿入孔12に挿入した
ボルト13の雄ねじ部13aを雌ねじ部12bに螺合し
所定のトルクでボルト13を締付けてボルト13の頭部
13bを透孔19aの孔縁に密着するとき側孔19b及
び通孔14を介して透孔19a及び挿入孔12に酸化性
流体16を送込んだ状態でボルト13に所定の引張応力
を生じるように構成することが好ましい。
【0010】
【作用】図1及び図2の装置では、被験ボルト13の雄
ねじ部13a及び軸部13cを挿入孔12の非ねじ部1
2aに挿入した後、雄ねじ部13aを雌ねじ部12bに
螺合する。ボルト13の頭部13bをトルクレンチ等の
締付け工具により所定のトルクを加え締付ける。これに
よりボルト13の頭部13bが挿入孔12の孔縁を有す
るブロック体11の面に密着し、かつ軸部13cに所定
の引張応力が加えられる。被験ボルト13に所定の引張
応力を加えた状態でブロック体11に設けられた通孔1
4から挿入孔12内のボルトの軸部13cの周囲に酸化
性流体16を送込む。これにより酸化性流体16が高強
度鋼からなる軸部13cに接触し腐食環境が形成され
る。
【0011】また、図3及び図4の装置では、切込み1
1cに仕切板18を挿入した後、ブロック体11の挿入
孔12の孔縁を有する面に被取付体19を載せ、被験ボ
ルト13を透孔19a及び挿入孔12に挿入して雄ねじ
部13bを雌ねじ部12bに螺合する。ボルト13の頭
部13bに所定のトルクを加えると、被取付体19が一
緒に回転しようとするが、被取付体19は仕切板18に
当接して回転が防止される。ボルト13を所定のトルク
で締付け、軸部13cに所定の引張応力が加えた状態
で、側孔19b及び通孔14から挿入孔12内のボルト
の軸部13cの周囲に送込む。これにより酸化性流体1
6が高強度鋼からなる軸部13cに接触し腐食環境が形
成される。被験ボルト13と同一のボルトにより実際に
固着される部材と同一の材料からなる被取付体19を介
在させることにより、被験ボルト13を実際の使用条件
に近い条件で評価することができる。
【0012】
【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく
説明する。図1及び図2に示すように、本実施例の試験
装置本体はほぼ直方体の炭素鋼のブロック体11からな
る。このブロック体11には被験ボルト13の雄ねじ部
13a及び軸部13cが挿入可能な挿入孔12が所定の
間隔をあけて5個平行に設けられる。被験ボルト13は
実際に使用されるボルトと同一材質のものであって、こ
の例では高強度鋼からなる。これらの挿入孔12はブロ
ック体11の一方の面11aから他方の面11bに貫通
する。一方の面11aの挿入孔12の孔縁近傍部分には
それぞれボルト13の雄ねじ部13aが螺合可能な雌ね
じ部12bが形成される。またブロック体11には他方
の面11bから所定の位置まで被験ボルト13の軸部1
3cの径より大径に形成された非ねじ部12aが設けら
れ、更にブロック体11には挿入孔12に酸化性流体1
6を送込むための挿入孔12に連通する通孔14が2個
ずつ挿入孔12に垂直に設けられる。これらの通孔14
の一端は雌ねじ部12bの形成されていない挿入孔12
の非ねじ部12aに臨む。2個の通孔14のうち1個
は、雌ねじ部12bの近傍の非ねじ部12aに臨み、他
の1個はブロック体11の面11bの近傍に設けられ
る。挿入孔12の長さ、即ちブロック体11の高さは、
被験ボルト13の軸部13cの長さにより決定され、被
験ボルト13を締付けた状態で雄ねじ部13aがブロッ
ク体11の一方の面11aから突出しないように決めら
れる。5個の挿入孔12の間のブロック体11にはその
面11bから非ねじ部12aの深さより深い位置までブ
ロック体11を挿入孔毎に分断するように切込み11c
が挿入孔12に平行に4個設けられる。
【0013】このように構成されたボルトの遅れ破壊試
験装置を用いた試験方法について説明する。図1に示す
ように被験ボルト13を雄ねじ部13a側から挿入孔1
2の非ねじ部12aに挿入した後、雄ねじ部13aを雌
ねじ部12bに螺合する。ボルト13の頭部13bを頭
部13bが挿入孔12の孔縁の面11bに密着するまで
回転させる。この状態からトルクレンチ等の締付け工具
によりそのボルト13に実際に加えるトルクで、或いは
それ以上のトルクで締付ける。これにより被験ボルト1
3の頭部13bから雄ねじ部12bの間の軸部13cに
実際に使用される、或いはそれ以上の引張応力が加えら
れる。同様に図示しないが、他の4個の挿入孔12にも
同様に4本の被験ボルト13を挿入し締付ける。切込み
11cにより隣接する挿入孔12に締付けられたボルト
13により生じる応力は遮断される。
【0014】次に5本の被験ボルト13に所定の引張応
力を加えた状態で、積極的に腐食環境にするために、貯
槽17に貯えられた酸化性流体16にブロック体11ご
と浸漬する。酸化性流体16は、希硫酸、希硝酸、希塩
酸など酸化性液体であって、この例では希硫酸である。
浸漬により、ブロック体11に設けられた下部の通孔1
4から酸化性流体16である希硫酸が侵入し、上部の通
孔14から空気は排出される。これによりボルト13の
軸部13cの周囲の空間に満たされ、遅れ破壊試験が加
速される。この例ではブロック体11は14日間、酸化
性流体16に浸漬した後、貯槽17より取出され、ボル
ト13を取外してその遅れ破壊の有無を調べる。
【0015】図3及び図4は本発明の別の実施例を示
す。これらの図において、図1及び図2と同一符号は同
一構成部品を示す。本実施例の特徴ある構成は、切込み
11cにブロック体11の挿入孔12の孔縁を有する面
11bに突出するように挿入された仕切板18と、ブロ
ック体11の分断された面に配置された被取付体19と
を備えることにある。この被取付体19は被験ボルト1
3と同一のボルトにより実際に固着される部材と同一の
材料からなる。例えば、実際に固着される部材が合金鋳
鉄(FCA1)で表面処理を施してあれば、被取付体1
9は同じ合金鋳鉄(FCA1)で同じ表面処理が施され
る。また被取付体19の中央部には挿入孔12と同一径
の透孔19aが設けられ、被取付体19の側部には透孔
19aに連通する側孔19bが透孔19aに垂直に設け
られる。被取付体19は切込み11cとブロック体11
の端辺11dで囲まれる四角形より若干小さい四角形を
上面及び底面とする直方体である。この例では、ブロッ
ク体11は炭素鋼(S53C)により作製され、被取付
体19はエンジンのクランクシャフト後端に取付けられ
るフライホイールと同一材料のねずみ鋳鉄(FC25
0)により作製され、被験ボルト13は高強度鋼により
作られる。この被験ボルト13の雄ねじ部13aと軸部
13cの合計長は、被取付体19の透孔19aと挿入孔
12を合計した長さにほぼ等しい。
【0016】このように構成されたボルトの遅れ破壊試
験装置を用いた試験方法について説明する。先ず、切込
み11cに仕切板18を挿入してその上部をブロック体
11から突出させた後、ブロック体11の挿入孔12の
孔縁を有する面11bに被取付体19を載せる。次いで
被験ボルト13を透孔19a及び挿入孔12に挿入して
雄ねじ部13bを雌ねじ部12bに螺合する。上記実施
例と同様にボルト13の頭部13bに所定のトルクを加
えると、頭部13bと被取付体19との間の摩擦抵抗に
より被取付体19が一緒に回転しようとするが、被取付
体19は仕切板18に当接して回転が防止される。ボル
ト13を所定のトルクで締付け、軸部13cに所定の引
張応力が加える。これによりボルト13は実際に使用さ
れる条件で締付けられる。
【0017】この状態で試験を加速させるために、図3
に示すように貯槽17に貯えられた酸化性流体16であ
る希硫酸にブロック体11ごと浸漬する。上記実施例と
同様に側孔19b及び通孔14を通って透孔19a及び
挿入孔12内のボルトの軸部13cの周囲に酸化性流体
16が侵入する。これにより酸化性流体16がボルト1
3の軸部13cに接触し腐食環境が形成される。被験ボ
ルト13と同一のボルトにより実際に固着される部材と
同一の材料からなる被取付体19を介在させることによ
り、被験ボルト13を実際の使用条件に近い条件で評価
することができる。
【0018】なお、上記実施例では酸化性流体として酸
化性液体を示したが、酸素、塩化水素ガスなどの酸化性
気体でもよい。また、ブロック体に設けた通孔は挿入孔
に対して垂直に設けたがこれは垂直でなくてもよい。ま
た、上記実施例では挿入孔は互いに平行にブロック体に
5個1列に設けたが、挿入孔の数及び方向は上記実施例
に限るものではなく、例えば挿入孔を4個以下又は6個
以上設けてもよい。またその配設方向は蜂の巣状でもよ
い。
【0019】また、仕切板はボルトにトルクをかけて締
付けるとき被取付体が抵抗により回転することがなけれ
ば設けなくてもよい。更に、被取付体を被験ボルトの長
さ調整用のアジャスタとして使用することもできる。
【0020】
【発明の効果】以上述べたように、図5に示した従来の
装置と比べて、本発明の試験装置は酸化性流体が流入す
る通孔を設けたので、小型にかつ容易に作製することが
できる。また1つのブロック体に複数の挿入孔を設け、
挿入孔間のブロック体に切込みを設けることにより、隣
接する被験ボルトの引張応力に影響されることなく、複
数の被験ボルトを同時に試験することができ、小型でか
つ試験処理能力が高い。また被取付体を介在させれば、
被験ボルトの長さが多少変化しても試験可能であり、し
かも被取付体を被験ボルトと同一のボルトにより実際に
固着される部材と同一の材料で構成すれば、実際に使用
される状態に近い条件で試験することができる。その結
果、信頼性の高いデータを得られる。特に、被験ボルト
の締付けトルクの値を変化させることにより、被験ボル
トの軸部への引張応力を広く変化させることができるの
で、締付けトルクの値毎に試験装置を用意する必要がな
く、単一の試験装置で各種のボルトの遅れ破壊試験を行
うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の試験装置を示す図2のA−A線
断面図。
【図2】その試験装置の斜視図。
【図3】本発明の別の実施例の試験装置を示す図4のB
−B線断面図。
【図4】その試験装置の斜視図。
【図5】従来例試験装置の構成図。
【符号の説明】
11 ブロック体 11a,11b ブロック体の面 11c 切込み 12 挿入孔 12a 非ねじ部 12b 雌ねじ部 13 被験ボルト 13a 雄ねじ部 13b 頭部 13c 軸部 14 通孔 16 酸化性流体 17 貯槽 18 仕切板 19 被取付体 19a 透孔 19b 側孔

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試験装置本体が金属製のブロック体(11)
    からなり、 被験ボルト(13)の雄ねじ部(13a)及び軸部(13c)が挿入可
    能な挿入孔(12)と前記挿入孔(12)に酸化性流体(16)を送
    込むための前記挿入孔(12)に連通する通孔(14)が前記ブ
    ロック体(11)に設けられ、 前記挿入孔(12)の一方の孔縁近傍部分に前記雄ねじ部(1
    3a)が螺合可能な雌ねじ部(12b)が形成され、 前記挿入孔(12)の雌ねじ部(12b)の形成されていない非
    ねじ部(12a)に前記通孔(14)の一端が臨み、 前記非ねじ部(12a)が前記ボルト(13)の軸部(13c)より大
    径に形成され、 前記ボルト(13)の雄ねじ部(13a)を前記雌ねじ部(12b)に
    螺合し所定のトルクで前記ボルト(13)を締付けて前記ボ
    ルト(13)の頭部(13b)を前記挿入孔(12)の他方の孔縁に
    密着するとき前記通孔(14)を介して前記挿入孔(12)に酸
    化性流体(16)を送込んだ状態で前記ボルト(13)に所定の
    引張り応力を生じるように構成されたボルトの遅れ破壊
    試験装置。
  2. 【請求項2】 酸化性流体(16)が酸化性液体であって、
    前記酸化性液体を貯える貯槽(17)に金属製のブロック体
    (11)を浸漬することにより通孔(14)を介して挿入孔(12)
    に前記酸化性液体(16)を送込むように構成された請求項
    1記載のボルトの遅れ破壊試験装置。
  3. 【請求項3】 挿入孔(12)が金属製のブロック体(11)に
    間隔をあけて複数個設けられ、隣接する前記挿入孔(12)
    に締付けられたボルト(13)により生じる応力を遮断する
    ための切込み(11c)が前記挿入孔(12)の間の前記ブロッ
    ク体(11)に前記挿入孔(12)に平行にかつ前記ブロック体
    (11)を前記挿入孔毎に分断するように設けられた請求項
    1又は2記載のボルトの遅れ破壊試験装置。
  4. 【請求項4】 金属製のブロック体(11)を分断するよう
    に設けられた切込み(11c)に前記ブロック体(11)の挿入
    孔(12)の他方の孔縁を有する面(11b)に突出するように
    挿入された金属製の仕切板(18)と、 前記ブロック体(11)の分断された前記面に配置され被験
    ボルト(13)と同一のボルトにより実際に固着される部材
    と同一の材料からなりかつ前記挿入孔(12)と同一径の透
    孔(19a)と前記透孔(19a)に連通する側孔(19b)とを有す
    る被取付体(19)とを備え、 前記透孔(19a)及び挿入孔(12)に挿入したボルト(13)の
    雄ねじ部(13a)を前記雌ねじ部(12b)に螺合し所定のトル
    クで前記ボルト(13)を締付けて前記ボルト(13)の頭部(1
    3b)を前記透孔(19a)の孔縁に密着するとき前記側孔(19
    b)及び通孔(14)を介して前記透孔(19a)及び挿入孔(12)
    に酸化性流体(16)を送込んだ状態で前記ボルト(13)に所
    定の引張り応力を生じるように構成された請求項3記載
    のボルトの遅れ破壊試験装置。
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