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1。1  研究意义

在许多领域中，如汽车、船舶、高速列车和航空航天，许多有金属制成的结构构件都长期处于循环载荷的条件下，在其服役过程中就有可能产生棘轮效应。根据相关的调查表明，过去的工程构建失效事故当中，有接近百分之七十的事故都是由于循环载荷下的疲劳失效破坏。当在循环载荷下的构建的棘轮变形随着其服役时间的增加而呈现等量增加甚至加速增加的趋势时，就有可能在一定的周期后，超过构件本身的变形承受范围，从而导致失效或者是破环。因此，在这些金属构件的结构设计、可靠性分析以及寿命预测的过程中，必须考虑到棘轮效应的影响，这就需要对金属材料循环变形的本构模型的建立和研究。

在过去的几十年中，有许多国内外的学者以及研究机构在应力和应变控制条件下，已经对多种金属材料进行了大量的实验，并对该金属材料的循环软化（硬化）特性以及棘轮效应进行了一系列的研究，同时也建立并发展了许多循环塑形或粘塑形的本构模型，并且，其中已经有一些能够较好的描述金属材料的循环变形的特征。但是，现有的研究大多数都集中在不锈钢、碳钢和低合金高强度钢等钢铁材料的棘轮效应上，而对于紫铜等有色金属的棘轮效应的研究，则较少。

1。2  研究现状

1。2。1 实验研究

从上世纪90年代至今，针对金属材料的循环变形行为的实验研究已经有了长足的发展。

Hassan等对304不锈钢、316L不锈钢、紫铜、1Cr18Ni9Ti不锈钢等材料在室温（高温）、单轴（多轴）荷载下的循环硬化特性和棘轮效应进行了研究；Kang等对1018碳钢、40Cr3MoV贝氏体钢、调质42CrMo钢、纯铝等材料在室温下的循环软化特性和棘轮效应进行了研究；Jiang等对U71 Mn轨道钢、1070钢、退火42CrMo钢、T225NG合金等材料的循环稳定特性和棘轮效应进行了研究。总之，现有的针对金属材料循环变形行为的实验研究主要包含两个方面，一方面是应变控制循环加载下的循环软化（硬化）行为，另一方面是应力控制循环加载下的棘轮行为。研究涉及的材料包括普通碳钢、不锈钢、合金以及有色金属等大多数常用的结构材料。根据实验研究成果，不同材料的棘轮效应有着相当大的差异，而且同种材料的棘轮效应也受多种因素的影响，例如循环软\硬化特性、温度环境、加载率、加载工况、加载路径等。

近年来，随着时代的发展，各种新材料也不断涌现，因此，对材料棘轮效应的研究也逐渐拓展到了一些新型功能的材料上面。MiTi合金是一种具有超弹性和形状记忆功能的新型材料，被广泛的应用于航空航天、生物医学工程和微机电系统领域中，Kang和阚前华对该合金进行了系统的循环实验研究，并根据该合金的循环变形特性，以及其独特的变形机制提出来一种叫相变棘轮的概念。Zhang和Goh针对一种叫双相钦合金Ti-6Al-4V的新型材料进行了微动疲劳实验，根据他们的研究结果，材料的棘轮变形会使其微动疲劳寿命减少。同时，Kang也对双相钦合金Ti-6Al-4 V的进行了单轴棘轮效应的实验，并通过实验表明，材料的单轴棘轮效应同样依赖于对其所施加的应力水平，并且其棘轮应变以及棘轮应变率随平均应力和应力幅值的增大而增大。Xiong在挤压状态以及室温下，对ZK60镁合金进行了系统的应变控制实验和应力控制循环实验，其中，根据非对称应力控制循环实验结果，表明:因为密排六方ZK60镁合金具有强织构效应，当所施加的应力达不到孪生变形的临界应力时，该材料的棘轮变形就主要由位错滑移来贡献;相反，当所施加的应力超出孪生变形的临界应力时，该材料的棘轮变形就同时收滑移和孪生的作用影响。 (责任编辑：qin)