JP4249403B2 - 多軸応力負荷試験装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、試験片に多軸方向から応力を与えて材料の強度評価を行う多軸応力負荷試験装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近の材料強度評価試験は、試験片に1軸方向の応力負荷に代えて、例えばY軸、Z軸等の2軸方向または3軸方向から応力を負荷する、いわゆる多軸応力負荷を行っている。
【0003】
試験片に多軸応力負荷を与える試験装置には、例えば、特開平8−43281号公報、特開平11−258135号公報等数多くの発明が開示されている。
【0004】
特開平8−43281号公報に開示された技術は、図6に示すように、チャック1を備えた引張棒2をX軸上、Y軸上にそれぞれ配置し、X軸上、Y軸上のそれぞれに配置した4つの引張棒2に複数のレバーアーム3a,3bを介装させて錘4を設け、錘4を負荷することにより引張棒2に加わる荷重を倍加させ、試験片5の引張試験を行うものである。
【0005】
また、特開平11−258135号公報に開示された技術は、図7に示すように、試験片56に切欠き7を設け、試験片6に高周波加熱コイル8を挿通するとともに、引張試験駆動装置9およびねじり駆動装置10から試験片6に負荷を与えてひずみ速度、ねじり、引張および圧縮等の多軸負荷試験を行うものである。
【0006】
また、他の多軸応力試験機では、図8の(a),(b)に示すように、チューブ11から試験片12を切り出し、切り出した試験片12を湾曲させたままボルト13で維持させ、曲げによるX軸、Y軸のそれぞれの方向の応力を計測するものである。
【0007】
このように、従来の多軸応力負荷試験装置では、試験片のZ軸、Y軸、Z軸のそれぞれの応力値等を計測し、計測した応力値等を設計の際に反映させていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
図6や図7で示した従来の多軸応力負荷試験装置では、試験機が1台であるから、強度テストを行う試験片の数も自ずと限られ、多くの試験片を用いて一度に多くのデータを記録することができない不具合、不都合があった。
【0009】
また、図8で示した従来の多軸応力負荷試験装置では、チューブ11から切り出した試験片12を用いるため、チューブ11の径に対応する負荷が決まってしまい、大小様々な荷重を用いてテストすることができない問題があった。
【0010】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、一度に多くの試験片を用いてテストをすることができ、大小様々な荷重を用いて試験片のテストを行うことができる多軸応力負荷試験装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る多軸応力負荷試験装置は、請求項1に記載したように、第1試験治具と、第2試験治具と、前記第1試験治具と前記第2試験治具の間に挟持される試験片と、前記第1試験治具と前記第2試験治具とを締め付けて前記第1試験治具および前記第2試験治具から前記試験片のZX面およびZY面の2軸に同時に応力を与えるボルトとを備え、前記試験片の一面側に配置した前記第1試験治具と、前記試験片の他面側に配置した前記第2試験治具と、前記第1試験治具と前記第2試験治具とのそれぞれに螺合し、前記第1試験治具と前記第2試験治具とのXY面に複数配置され、前記試験片の頭部側に向って湾曲面を与える曲率調整用のねじとを備えたものである。
【0012】
また、本発明に係る多軸応力負荷試験装置は、請求項2に記載したように、前記試験片は、両面に当て板を備えたものである。
【0013】
また、本発明に係る多軸応力負荷試験装置は、請求項3に記載したように、第1試験治具と、第2試験治具と、前記第1試験治具と前記第2試験治具の間に挟持される試験片と、前記第1試験治具と前記第2試験治具とを締め付けて前記第1試験治具および前記第2試験治具から前記試験片のZX面およびZY面の2軸に同時に応力を与えるボルトとを備え、前記第1試験治具のZX面を前記試験片に対して凹となる異なる曲率の複数の凹面部で形成し、前記第1試験治具のZY面を前記試験片に対して凹となる凹面部を一つの曲率で形成し、前記第2試験治具のZX面を前記試験片に対して凸となる複数の凸面部で形成し、前記第2試験治具のZY面を前記試験片に対して凸となる凸面部を形成したものである。
【0017】
また、本発明に係る多軸応力負荷試験装置は、請求項4に記載したように、試験片の一面側に配置し、中間部分に空間を形成した第1枠板と、前記試験片の他面側に配置し、中間部分に空間を形成した第2枠板と、台板に載設し、前記第2枠板の空間を挿通して前記試験片を支持するブロックと、前記台板および前記第2枠板に螺合し、前記台板と前記第2枠板を締め付けて前記試験片に前記試験片のX方向、Y方向のそれぞれに発生する成分比を変えて応力を与えるボルトとを備えたものである。
【0018】
また、本発明に係る多軸応力負荷試験装置は、請求項5に記載したように、第1枠板および第2枠板のそれぞれは、空間を四辺形に形成するとともに、前記四辺形の長片と短片との比を変動させる構成にしたことを特徴とするものである。
【0019】
また、本発明に係る多軸応力負荷試験装置は、請求項6に記載したように、試験片は、ひずみゲージを備えたものである。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る多軸応力負荷試験装置の実施形態を図面を参照して説明する。
【0026】
図1は、本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第1実施形態を示す概念図である。なお、図中、(a)は、試験治具の平面図、(b)は、(a)のA−A矢視方向から切断した切断断面図、(c)は、(a)のB−B矢視方向から切断した切断断面図である。
【0027】
本実施形態に係る多軸応力負荷試験装置は、ZX面上、ZY面上ともに、頭部側にすきま形成部材14を装着した板状の試験片15と、このすきま形成部材14および試験片15を挟む一面に凹面部16に形成した第1試験治具17と、すきま形成部材14および試験片15の他面に凸面部18に形成した第2試験治具19とを備えている。
【0028】
また、第1試験治具17および第2試験治具19は、すきま形成部材14および試験片15を挟んだ後、ボルト20で固定支持される。
【0029】
このような構成の多軸応力負荷試験装置において、試験片15の板厚をt、第1試験治具17の凹面部16の曲率をρとし、第2試験治具19の凸面部18の曲率をρとし、試験片15を曲げたとき、試験片15の表面には、t/(2ρ)に相当するひずみが生ずることがわかっている。
【0030】
このため、本実施形態は、凹面部16を備えた第1試験治具17と凸面部18を備えた第2試験治具19とのZX平面上の曲率をρ1、ZY平面上の曲率をρ2にそれぞれ加工・成形し、それぞれに生ずる試験片15のひずみがt/(2ρ1)、t/(2ρ2)になるようにする。また、このようなひずみに形成した試験片15を用いて応力腐食割れ試験を行うため、第1試験治具17と試験片15の間にすきま形成部14を挟んで、ボルト20で締め付け、試験片15の表面に同時に2軸の曲げ応力を与える。
【0031】
そして、本実施形態は、このような構成の第1試験治具17、第2試験治具19および試験片15等をより多く作製し、これらを組み立てて腐食環境中にセットし、一度に複数の試験片15に対し、同時に2軸の曲げ応力を負荷して応力腐食割れ試験を行う。
【0032】
このように、本実施形態は、試験片15を挟む試験治具を、凹面部16を備えた第1試験治具17と凸面部18を備えた第2試験治具19とに形成し、これら第1試験治具17および第2試験治具19を数多く作製し、数多く作製した第1試験治具17および第2試験治具19を用いて試験片15を挟んで応力腐食割れ試験を行うので、異なった曲げ応力の下、一度により多くの試験を行うことができる。
【0033】
図2は、本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第2実施形態を示す概念図である。なお、図中、(a)は、試験治具の平面図、(b)は、(a)のC−C矢視方向から切断した切断断面図、(c)は、(a)のD−D矢視方向から切断した切断断面図である。
【0034】
本実施形態に係る多軸応力負荷試験装置は、板状の試験片15を両側から挟む当て板21a,21bと、各当て板21a,21bの外側に配置された第1試験治具17および第2試験治具19のそれぞれにスペーサ22a,22bを介装して挿通し、試験片15の頭部側に向って凸状に湾曲面を与える複数の曲率調整用のねじ23とを備えている。
【0035】
なお、第1試験治具17および第2試験治具19は、試験片15を両側から当て板21a,21bで挟み、曲率調整用のねじ23で支持させた後、ボルト20で固定支持する。
【0036】
このような構成の多軸応力負荷試験装置において、試験片15の板厚を第1実施形態と同様にtとし、曲率調整用のねじ23の押圧力で試験片15に湾曲面を与える曲率をρとするとき、試験片15の表面には、t/(2ρ)に相当するひずみが生ずることがわかっている。
【0037】
このため、本実施形態は、湾曲面のZX平面上の曲率をρ1、湾曲面のZY平面上の曲率をρ2と設定し、試験片15を設定した曲率ρ1,ρ2で湾曲面に形成する際、曲率調整用のねじ23が第1試験治具17から飛び出す量を計算する。この場合、ZX平面上の曲率調整用のねじ23の間隔がdなので、中間位置の曲率調整用のねじ23とその隣りの曲率調整用のねじ23との飛び出し量の差が√(ρ1 2−d2)になるように調整する。また、YZ平面上も同様に、曲率調整用のねじ23とその隣りの曲率調整用のねじ23との飛び出し量の差が√(ρ2 2−d2)になるように調整する。その際、曲率調整用のねじ23の飛び出し量の差に対するスペーサ22a,22bを曲率調整用のねじ23と第1試験治具17および第2試験治具19の間に挟み調整する。また、曲率調整用のねじ23が第1試験治具17を挿通する際に行った調整作業と同様に、第2試験治具19を挿通する際にもスペーサ22a,22bを挟んで調整作業を行う。
【0038】
このような調整作業を行った第1試験治具17、第2試験治具19と試験片15との間に片あたりを防ぐため、試験片15は、両側に比較的強度の低い当て板21a,21bで挟み、ボルト20で第1試験治具17、第2試験治具19を固定支持し、試験片15の表面に同時に2軸の曲げ応力を与える。
【0039】
このように、本実施形態は、試験片15に湾曲面を形成させる曲率調整用のねじ23を挿通する第1試験治具17および第2試験治具19をより多く作製し、これらをより多く組み立てて高温炉にセットし、一度に数多くの試験片15に対して同時にそれぞれ異なった2軸の曲げ応力を与えて高温応力緩和試験を行うので、異なった曲げ応力の下、一度により多くの試験を行うことができる。
【0040】
図3は、本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第3実施形態を示す概念図である。なお、図中、(a)は、試験治具の平面図、(b)は、(a)のE−E矢視方向から切断した切断断面図である。
【0041】
本実施形態に係る多軸応力負荷試験装置は、台板24に載設したブロック25で支持する板状の試験片15と、この試験片15を両側から挟み、中間部分を四辺形の空間30a,30bに形成した第1枠板26および第2枠板27と、この試験片15を第1枠板26、第2枠板27およびブロック25に対して締付調整する締付調整ボルト28とを備えている。また、試験片15には、ひずみゲージ29が貼付されている。
【0042】
このような構成の多軸応力負荷試験装置において、本実施形態は、試験片15を第1枠板26および第2枠板27で挟んで固定し、試験片15の底部側の面の中央にひずみゲージ29を貼付する。
【0043】
次に、台板24にブロック25を載設し、第1枠板26、第2枠板27および試験片15を締付調整ボルト28で固定する。さらに、ひずみゲージ29の値を測定、確認しながら締付調整用のボルト28の増締めを行い、予め設定しているひずみ値になったとき、締付調整用のボルト28の増締めを終了し、試験片15の表面に2軸の応力を与える。
【0044】
そして、試験片15のX方向、Y方向のそれぞれに発生する応力の成分比を変えるため、別の第1枠板26と別の第2枠板27とのそれぞれに形成した四辺形の空間30a,30bの長辺aと短辺bの縦横比a/bを変え、ひずみゲージ29の値を測定、確認しながら締付調整用のボルト28の増締めを行い、予め設定しているひずみ値に試験片15を調整する。
【0045】
このように、本実施形態は、試験片15のX方向、Y方向のそれぞれに異なった応力を与える、四辺形の空間30a,30bの長辺aと短辺bとを異ならしめた第1枠板26、第2枠板27をより多く作製し、これらをより多く用いて組み立て、一度に数多くの試験片15に対してそれぞれ異なった2軸の応力を与えて応力腐食割れ試験を行うので、異なった応力の下、一度により多くの試験を行うことができる。
【0046】
図4は、本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第4実施形態を示す概念図である。なお、図中、(a)は、試験治具の平面図、(b)は、(a)のF−F矢視方向から切断した切断断面図、(c)は、(a)のG−G矢視方向から切断した切断断面図である。
【0047】
本実施形態に係る多軸応力負荷試験装置は、ZX面上の頭部側にすきま形成部材14を装着した板状の試験片15と、このすきま形成部材14および試験片15を挟む一面に異なる複数の曲率で連続的に形成した第1凹面部31、第2凹面部32、および第3凹面部33を備えた第1試験治具17と、そのZX面の他面に連続的に形成した第1凸面部34、第2凸面部35および第3凸面部36を備えた第2試験治具19とで構成されている。
【0048】
また、本実施形態に係る多軸応力負荷試験装置は、ZY面上の第1試験治具17にすきま形成部材14および試験片15に向って形成した第4凹面部37を備えるとともに、ZY面上の第2試験治具19にすきま形成部材14および試験片15に向かって形成した第4凸面部38を備えている。
【0049】
また、第1試験治具17および第2試験治具19は、すきま形成部材14および試験片15を挟んだ後、ボルト20で固定支持される。
【0050】
このような構成の多軸応力負荷試験装置において、本実施形態は、試験片15の板厚をt、ZX面における第1試験治具17の第1凹面部31の曲率をρA、第2凹面部32の曲率をρB、第3凹面部33の曲率をρCとし、ZY面における第1試験治具17の第4凹面部37の曲率をρD にそれぞれ設定し、第1試験治具17および第2試験治具19を固定支持するボルト20の増締めを行う。
【0051】
ボルト20の増締めを行ったZX面における第1凹面部31の試験片15にはt/(2ρA)、第2凹面部32の試験片15にはt/(2ρB)、第3凹面部33の試験片15にはt/(2ρC)、ZY面における第4凹面部37の試験片15にはt/(2ρD)のひずみがそれぞれ発生する。
【0052】
そして、本実施形態は、このような構成の第1試験治具17、第2試験治具19および試験片15等をより多く作製し、これらを腐食環境中にさらし、一度に複数の試験片15に対し、応力腐食割れ試験を行う。
【0053】
このように、本実施形態は、試験片15を挟む試験治具を、ZX面において第1凹面部31、第2凹面部32、第3凹面部33を形成するとともに、ZY面において第4凹面部37を形成する第1試験治具17と、ZX面において、上述第1凹面部31、第2凹面部32、第3凹面部33の各部に対応する第1凸面部34、第2凸面部35、第3凸面部36を形成するとともに、ZY面において、第4凹面部37に対応する第4凸面部38を形成する第2試験治具19とで構成し、これら第1試験治具17および第2試験治具19を数多く作製し、数多く作製した第1試験治具17および第2試験治具19を用いて試験片15を挟んで応力腐食割れ試験を行うので、異なった応力値の下、一度により多くの試験を行うことができる。
【0054】
図5は、本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第5実施形態を示す概念図である。なお、図中、(a)は、試験治具の平面図、(b)は、(a)のH−H矢視方向から切断した切断断面図である。
【0055】
本実施形態に係る多軸応力負荷試験装置は、溝部39aを備えた第1固定治具40と溝部39bを備えた第2固定治具41とに跨って収容し、ひずみゲージ29を設けた板状の試験片15と、第1固定治具40および第2固定治具41のそれぞれに試験片15を固定支持するピン42a,42bと、第1固定治具40に設けられ、試験片15に引張応力を与える引張用のボルト43と、第2固定治具41に設けられ、補助板44a,44bを介装して試験片15に圧縮応力を与える圧縮用のボルト45とを備えている。
【0056】
このような構成の多軸応力負荷試験装置において、本実施形態は、第1固定治具40および第2固定治具41のそれぞれの溝部39a,39bに収容してピン42a,42bで固定支持し、第1固定治具40に設けた引張用のボルト43を増締めし、ひずみゲージ29のひずみ値を計測しながら試験片15に引張応力を与える。
【0057】
次に、本実施形態は、試験片15と第2固定治具41の溝部39bとの間に補助板44a,44bを充填し、第2固定治具41に設けた圧縮用のボルト45を増締めし、ひずみゲージ29のひずみ値を計測しながら、試験片15に圧縮応力を与える。
【0058】
その際、試験片15に予め与えている引張のひずみ値が変化するため、ひずみゲージ29の値を計測・確認しながら引張用ボルト43と圧縮用ボルト45との増締めを調整しつつ、予め定められたひずみ値になるよう調整する。
【0059】
そして、増締めの調整が終了すると、試験片15を腐食環境中にさらし、応力腐食試験を行う。
【0060】
このように、本実施形態は、試験片15に予め引張応力と圧縮応力とを与える第1固定治具40と第2固定治具41をより多く作製し、これらをより多く用いて組み立て、一度に数多くの試験片15に対して応力腐食割れ試験を行うので、異なった圧力の下、一度により多くの試験を行うことができる。
【0061】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係る多軸応力負荷試験装置は、試験片の多軸面に異なる値の応力を与える試験治具をより多く作製して組み立て、悪い環境の中に試験を設置して応力腐食割れ等試験を行うので、悪環境の下、一度に多くの試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第1実施形態を示す概念図。
【図2】本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第2実施形態を示す概念図。
【図3】本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第3実施形態を示す概念図。
【図4】本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第2実施形態を示す概念図。
【図5】本発明に係る多軸応力負荷試験装置の第3実施形態を示す概念図。
【図6】従来の多軸応力負荷試験装置を示す概念図。
【図7】従来の別の多軸応力負荷試験装置を示す概念図。
【図8】従来のさらに別の多軸応力負荷試験装置を示す概念図で、(a)は、チューブから試験片を切り出す図、(b)は、チューブから切り出した試験片に応力を与える図。
【符号の説明】
1…チャック,2…引張棒,3a,3b…レバーアーム,4…錘,5,6…試験片,7…切欠き,8…高周波加熱コイル,9…引張試験駆動装置,10…ねじり駆動装置,11…チューブ,12…試験片,13…ボルト,14…すきま形成部材,15…試験片,16…凹面部,17…第1試験治具,18…凸面部,19…第2試験治具,20…ボルト,21a,21b…当て板,22a,22b…スペーサ,23…曲率調整用のねじ,24…台板,25…ブロック,26…第1枠板,27…第2枠板,28…締付調整ボルト,29…ひずみゲージ,30a,30b…空間,31…第1凹面部,32…第2凹面部,33…第3凹面部,34…第1凸面部,35…第2凸面部,36…第3凸面部,37…第4凹面部,38…第4凸面部,39a,39b…溝部,40…第1固定治具,41…第2固定治具,42a,42b…ピン,43…引張用ボルト,44a,44b…補助板,45…圧縮用ボルト。
Claims (6)
- 第1試験治具と、第2試験治具と、前記第1試験治具と前記第2試験治具の間に挟持される試験片と、前記第1試験治具と前記第2試験治具とを締め付けて前記第1試験治具および前記第2試験治具から前記試験片のZX面およびZY面の2軸に同時に応力を与えるボルトとを備え、
前記試験片の一面側に配置した前記第1試験治具と、前記試験片の他面側に配置した前記第2試験治具と、前記第1試験治具と前記第2試験治具とのそれぞれに螺合し、前記第1試験治具と前記第2試験治具とのXY面に複数配置され、前記試験片の頭部側に向って湾曲面を与える曲率調整用のねじとを備えたことを特徴とする多軸応力負荷試験装置。 - 前記試験片は、両面に当て板を備えたことを特徴とする請求項1記載の多軸応力負荷試験装置。
- 第1試験治具と、第2試験治具と、前記第1試験治具と前記第2試験治具の間に挟持される試験片と、前記第1試験治具と前記第2試験治具とを締め付けて前記第1試験治具および前記第2試験治具から前記試験片のZX面およびZY面の2軸に同時に応力を与えるボルトとを備え、
前記第1試験治具のZX面を前記試験片に対して凹となる異なる曲率の複数の凹面部で形成し、前記第1試験治具のZY面を前記試験片に対して凹となる凹面部を一つの曲率で形成し、前記第2試験治具のZX面を前記試験片に対して凸となる複数の凸面部で形成し、前記第2試験治具のZY面を前記試験片に対して凸となる凸面部を形成したことを特徴とする多軸応力付加試験装置。 - 試験片の一面側に配置し、中間部分に空間を形成した第1枠板と、前記試験片の他面側に配置し、中間部分に空間を形成した第2枠板と、台板に載設し、前記第2枠板の空間を挿通して前記試験片を支持するブロックと、前記台板および前記第2枠板に螺合し、前記台板と前記第2枠板を締め付けて前記試験片に前記試験片のX方向、Y方向のそれぞれに発生する成分比を変えて応力を与えるボルトとを備えたことを特徴とする多軸応力負荷試験装置。
- 前記第1枠板および前記第2枠板のそれぞれは、空間を四辺形に形成するとともに、前記四辺形の長片と短片との比を変動させる構成にしたことを特徴とする請求項4記載の多軸応力負荷試験装置。
- 前記試験片は、ひずみゲージを備えたことを特徴とする請求項4記載の多軸応力負荷試験装置。
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