力学基本概念-【棘轮失效】
“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。
下面是一个简单的例子，用以说明棘轮效应。
一个带封头的圆形容器，承受恒定内压，同时承温度作用（内壁与外壁温差100℃）。采用线弹性应力分析，容器在30MPa内压单独作用下的应力如下：
最大应力为145.81MPa。
内压和温度共同作用下，不考虑循环，线弹性应力结果如下图：
最大名义弹性应力为250.86MPa。
假设材料的屈服极限为150MPa（上述内压和温度综合作用时已超过屈服极限，会产生塑性应变），采用双线性等向强化模型，切线刚度为1e4MPa。保持内压为恒定值，考虑温差循环作用，循环如下：
得到塑性应变随着循环的变化情况如下图：
可以看出，虽然温差始终保持一致，但随着循环次数增加，塑性应变出现渐增，由壁厚两侧往中间扩展，在壁厚的中间区域，塑性应变为0（蓝色 区域）的区域越来越小，直至整个截面产生塑性应变。
咱们试着降低温差，由100℃降低至70℃，循环次数依旧为10次，如下图所示：
可以看出，塑性应变同样随着循环次数增加而变大，但最终逐渐趋于稳定，没有发生贯穿截面的塑性应变，说明交变的温差应力控制在一定范围，结构上的塑性应变累积是可以控制的。
