工程材料的棘轮行为和棘轮—疲劳交互作用

　　棘轮行为是工程材料在非对称应力循环加载过程中出现的一种塑性变形的循环累积现象，是叠加在循环应力应变响应之上的一种二次变形。棘轮变形的产生一方面会使材料的塑性变形显著增加；另一方面也会使材料的疲劳寿命明显下降。因此，棘轮行为是材料与结构的疲劳分析中需要面对的一个新问题，也是结构的疲劳寿命预测和可靠性评价中需要考虑的一个重要问题。近年来，棘轮行为研究得到了国内外固体力学界的广泛关注，已经取得了众多研究成果。然而，由于棘轮行为的复杂性和多变性，目前还有许多问题没有得到很好的解决，对棘轮行为的微观机理、基于微观机理的循环本构模型建立以及各类新材料的棘轮行为演化特征等都还需要进行系统而深入的研究。
　　近10年来，著者及其课题组在多个国家自然科学基金项目(19772041：10402037：10772153；10802069和11025210)的资助下，首先针对工程材料的棘轮行为及棘轮．疲劳交互作用进行了系统而深入的实验、理论和有限元数值模拟，揭示了多种材料的棘轮行为和棘轮-疲劳交互作用的行为特征，并在此基础上建立了一系列循环塑性和黏塑性棘轮本构模型以及耦合损伤的循环本构模型，对材料棘轮行为的温度依赖性、加载路径相关性和时间相关特性进行了合理的描述；同时实现了循环本构模型和疲劳失效模型的统一，对全寿命棘轮行为和疲劳寿命进行了合理的本构描述。然后，在棘轮行为研究的材料范畴上进行了拓展，系统研究了超弹性镍钛形状记忆合金的相变棘轮行为和颗粒增强金属基复合材料的室温、高温单轴棘轮行为，分别建立了能够合理描述这两类先进材料棘轮行为的宏观唯象本构模型和细观力学本构模型。本专著中介绍的著者及其课题组在金属材料的棘轮行为和棘轮一疲劳交互作用方面取得的创新性成果于2010年荣获“教育部自然科学二等奖”1项。
　　本专著共分7章：第1章简单介绍了材料的棘轮行为和棘轮．疲劳交互作用的定义和基本演化特征，并对材料棘轮行为的研究意义和目前材料棘轮行为的国内外研究现状进行了简要评述，突出介绍了已有研究的不足；第2章主要对棘轮本构模型的构建过程中需要的非弹性本构理论基础进行简要的介绍，便于读者对后续内容的理解；第3章结合著者在棘轮行为实验研究方面取得的突出成果，对不同材料在不同加载工况和加载环境下体现出的棘轮变形特征进行了系统而详细的介绍，并结合位错组态的微观观察对棘轮变形的微观机理进行了讨论，使读者对棘轮行为的行为特征、演化规律和微观机制有一个较为全面的了解；第4章则对已有的棘轮本构模型进行详细的介绍，突出了著者在这方面工作的贡献，着重介绍了著者在高温非比例多轴和时间相关棘轮行为方面对棘轮本构模型的完善和发展；第5章讨论了著者在棘轮．疲劳交互作用方面系统的实验和理论研究工作，突出了耦合损伤棘轮本构模型的建立；第6章则是结合著者近期在棘轮行为研究的材料领域方面的拓展，对超弹性镍钛形状记忆合金的相变棘轮行为的实验和本构模型建立方面的研究成果进行了详细介绍，使读者了解棘轮行为研究拓展和深入的方向；第7章介绍了颗粒增强金属基复合材料室温、高温棘轮行为的实验，以及有限元模拟和细观本构模型研究方面著者课题组近年来的*研究成果。

第1章　绪　论
　1．1　材料的棘轮行为
　1．2　棘轮．疲劳交互作用
第2章　塑性和黏塑性本构理论基础
　2．1　概　述
　2．2　经典率无关塑性理论
　2．3　统一黏塑性理论
第3章　金属材料棘轮行为的宏微观变形特征
　3．1　金属材料棘轮行为的宏观演化特征
　3．2　棘轮变形过程中的位错演化
第4章　金属材料棘轮行为的循环本构模型
　4．1　棘轮行为的循环本构模型概述
　4．2　高温非比例多轴棘轮本构模型
　4．3　时间相关棘轮本构模型
　4．4　棘轮行为的多晶循环黏塑性本构模型
第5章　金属材料的棘轮．疲劳交互作用及其理论描述
　5．1　棘轮．疲劳交互作用的实验研究
　5．2　耦合损伤的棘轮本构模型
　5．3　考虑棘轮行为的工程疲劳失效模型
第6章　镍钛形状记忆合金的相变棘轮行为
　6．1　镍钛形状记忆合金循环变形行为研究概述
　6．2　相变棘轮行为的实验研究
　6．3　相变棘轮行为的宏观唯象本构模型
　6．4　基于晶体塑性理论的相变棘轮循环本构模型
第7章　颗粒增强金属基复合材料的棘轮行为
　7．1　颗粒增强金属基复合材料棘轮行为的实验研究
　7．2　颗粒增强金属基复合材料棘轮行为的有限元模拟
　7．3　颗粒增强金属基复合材料棘轮行为的细观本构模型
参考文献