摘要:通常从事压力容器和管道事业的人们都知道棘轮效应。棘轮效应使用的范围很广，像轮轨解除疲劳或者密封技术等类似的工程问题在解决问题的时候都需要考虑到棘轮这个影响因素。

根据棘轮最新的研究结果来看，棘轮效应是分为单轴棘轮效应和多轴棘轮效应的。可以通过对棘轮效应进行建造本构模型从而研究其发展。同时还协助解决后期遇到的相关工程问题。在工程建设时棘轮效应是影响本次建设成败的主要因素。将这个问题解决好了，对日后的工作可以提出更多的建设性建议。

一、引言

棘轮效应是工程在实际操作中需要考虑的一个重要影响因素。它具体指的是金属材料承受一次载荷并且叠加循环进行载荷时产生的逐步变形的过程，是在可控力学循环的加载下再次变形的积累。

打个比方说：化工容器的热棘轮在防震设计和轮轨解除疲劳这些工程问题上，就需要在可控的范围内进行棘轮效应的分析。但是因为影响棘轮效应的因素过多，所以想要精准的去预测棘轮效应从而防止棘轮效应的发生，这是一件比较困难的事情。

棘轮效应主要就是需要借助非弹性的应力进行应变分析，越来越多的研究者们投入到这项研究之中，想要预测工程中棘轮效应的发生。

通过研究者们的不断努力，对棘轮效应中的单轴和多轴效应都有了较大的研究进度。目前还在对棘轮效应更精准的预测进行更深入的研究。如何才能在工程问题中精确的了解棘轮效应发生的时间段和压力情况，这对于研究者们而言依旧是一个较大的挑战。

二、对棘轮效应进行试验并了解其定义

棘轮效应的定义：材料在不断循环使用的过程中，因为一直被施加压力，从而使得塑性随着力量的施压而累积，这样的一个累积过程就被称之为棘轮效应。

棘轮效应的产生会让变形的工具被限制，从而无法继续正常工作。同时也有可能会导致疲劳寿命的减少。

在工程问题中，每一次载荷的大小都是不同的，棘轮效应在不断积累这样的载荷力，就容易出现渐进的棘轮效应或安定的棘轮效应这两种情况。加上棘轮效应又是分成单轴和双轴的，单轴的棘轮效应是对平均压力下产生的循环塑性应变的积累，而多轴的棘轮效应就是材料在多次载荷之下而发生的改变。

多轴的棘轮效应与单轴相比较大的却别就是，多轴的棘轮效应是可以在一个方向或多个方向进行施压的。

如果要对这二者进行棘轮效应的试验，就需要显构建相关模型，再利用变量进行数据的转变，从而计算出棘轮效应的发生概率。

在恒定的基础上，如果平均力很小，那棘轮效应将处于安定状态，但是如果平均力开始增大，那棘轮效应的增长速度也会随之变快，所以棘轮效应实际上也是受到平均应力的影响的。

通过模型我们可以了解到，很多金属材料在不断的载荷下，是会发生软化或者因大量循环而引发的硬化的问题产生的，但最终都会归于稳定状态。

棘轮效应无法控制的因素就是即便是材料稳定了，它依旧有可能会发生，所以在研究棘轮效应的同时，还需要研究材料稳定后棘轮效应发生的概率。

三、建立本构模型

本构模型实际上是可以直接模拟棘轮效应的模型工具，它与率无关也不用考虑时间因素，属于一种本构理论。

根据不断的数据变换得到实验结果：在非比例的循环下，塑形的本构方程去强化了检验和对比研究结果，同时还能分析屈服面的相应强化程度。

从中了解到一个新的塑性的记忆参数，用循环中的应变来研究塑性难以改变的记忆层面，深入研究衰退的记忆面的延伸过程。

相同的变幅条件下，非比例循环的强化是会取决于塑性应变幅度的比例的，循环强化的记忆只会加速非比例路径的加载，从而引发应变率扩张的问题。这样一来就可以反映出因非比例加载而引发的强化效应。

四、AF模型

这是一个代表了棘轮效应动态过程的模型，可以利用这个模型对棘轮效应中的单轴和双轴进行分开分析和研究。

单轴的棘轮效应是要就应力在同一个方向的，再通过对数据的变量，带入模型之后可以看出单轴情况下的棘轮效应会导致其预测过高，无法精准数据。

多轴的棘轮效应是可以从一个方向或者多个方向进行应力的施压，再通过变量数据的带入，可以预测到多轴效应的极端情况，同时还能预测其安定的棘轮效应结果。

但无论是AF模型还是本构模型都需要不断的改变数据进行模拟试验，了解屈服面在塑性变形的时候所产生的改变，但由于测量循环载荷下的屈服面会因为不可控的因素而改变其大小，所以预测的结果也会有所不同，这给试验加大了难度，并且加强了模型试验的复杂性。

五、棘轮效应的深入研究

本构模型的建立可以协助研究者们分析棘轮效应的基础数据，再利用相关软件对工程中的棘轮效应进行深入的分析。

仅仅只是使用模型来预测棘轮效应是无法进行精准预测的。这时就需要用到软件进行数值的模拟了，将数值在有内压和没内压这两种情况下进行载荷的试验，就可以得到更为精准的预测结果。

如果觉得这样的积累公式计算出来的结果还不够有精准度，那也可以使用弹性塑性的方式来对棘轮效应进行更深化的分析。

六、总结

对于棘轮效应的研究结果还未有统一的预测。在目前研究数据上来看不同模型对多轴棘轮效应加载下的预测还存在着一系列的问题。这些问题会导致预测结果都呈现不同的数值，从而产生争议。

材料和结构对于棘轮效应而言依旧是一个未被解决的复杂问题。不少研究者们认为需要先研究材料的稳定性才能预测棘轮效应。

同时还需要考虑到多轴的非比例加载因素等相关影响问题，才能再进一步进行试验。结合实际利用模型进行对现实工程中的效应进行解答。

这是一个需要长时间进行发展研究的问题，还需要各位研究者们继续努力，深化对棘轮效应的解析。