力学基本概念之“棘轮失效”

寂静回声

“棘轮失效”通常指的是材料或结构在循环载荷作用下发生的不可逆塑性变形，最终导致结构失效的现象。这种现象在压力容器、承压设备以及各种机械部件中较为常见。例如，在承受恒定内压作用的容器中，如果还承受交变的热应力，在恒定内压和温度载荷的共同作用下，内压应力保持不变。当温度应力交变时，将在结构的不同部位产生塑性变形及不可逆积累，在加载时变形增长，而卸载时变形不能恢复:就像机械中的棘轮一样，只能朝一个方向转动而不能倒退，因此称为“棘轮现象”(Ratchet)。


产生棘轮现象的必要条件是循环载荷，且伴随着塑形失效，这和低周疲劳有点像，但它们不同的是，低周疲劳时是每次在同一部位产生塑性变形积累，而棘轮现象是每次加载循环时在结构的不同部位轮流产生塑性积累。低周疲劳是由于裂纹扩展导致疲劳失效，而棘轮效应的影响是导致结构产生塑性失效。