我们知道，社会上许多行业例如空间站、车辆维修以及水利工程都是在复杂的加载力下进行工作。有些部件需要不断地承受循环外力的影响，久而久之会发生棘轮变形现象。材料的棘轮变形效应就是在外加应变或者外加应力以循环方式加载前提中发生金属塑性变形不断地增加，直到疲劳失稳发生状况产生的一种情形。每个循环中构件或结构增加的变形量可能很小，但是经过循环次数的增加，总的塑性变形量可能非常大，而这可能导致结构变形超限或者疲劳寿命降低而不能正常工作，需要在结构设计和寿命预测时给予重点考虑。从20世纪以来世界各地的许多科研人员针对各种工程材料（例如金属）的变形行为以及棘轮行为进行了非常多的实验。例如，Ohno[16,17]从实验所研究的金属材料的变形行为创立了循环晶体的微观机理。同样，许多学者用ansys有限元的方法也成功地实验并预测了材料的棘轮变形行为。然而，大部分实验由于没有仔细考虑金属材料的微观机理，只是基于实验唯象的对棘轮行为进行描述，没有深入了解棘轮行为的本构关系。首先一般的单晶或者多晶金属材料棘轮行为的研究方法，无非就是先建立模型，借鉴某些理论加以改进，得到材料的循环变形本构关系。并通过少量单调拉伸、应变状态控制以及非对称的应力状态控制实验得到我们想要地一些拟合参数。这样我们才能在不同加载工况下合理的模拟预测单晶或者多晶材料的棘轮变形行为。因此，我们在这样的情况下应该着重对材料单轴、应变控制以及非对称应力控制循环条件的材料变化的内在机理开展更加细腻和专业的实验研究，获得金属多晶材料内在演化规律，创立一个能够正确反映材料的本质特性，一个崭新的的多晶材料的内在模型，使之更好的预测金属材料的棘轮行为。

我们主要是通过做实验来对体心立方20碳钢的棘轮变形行为开展了系统的实验探究，并通过一定的尺度过渡法由单晶金属材料过渡到多晶金属材料，创立以微观变化机理为基础的棘轮本构模型，本毕业设计论文做了如下实验研究：

1。对20碳钢进行单轴拉伸实验，并用模型模拟的曲线与实验结果进行对比，建立应力应变曲线。

2。对实验时材料的应变最大值为±0。7%时20碳钢进行当应变控制是对称时的循环模拟实验，得到应力-应变滞回环。并实验得到响应应力幅值的演化规律，和模拟得到的曲线相比较。

3。采用非对称的应力控制循环，对体心立方20碳钢单轴的棘轮行为进行了实验探究，并得出在不同应力幅值下材料的应变随周期的变化准则。文献综述

2  金属循环本构模型的研究

小变形情况下，我们对晶体进行塑性分析，如果我们不考虑晶格的转动，单晶体金属的应变张量可以由如下两部分组成，一个是由位错滑移所引起的粘塑性应变张量 组成，另一个是由畸变引起的弹性应变张量 组成