[原创]ASMEⅧ-2中的棘轮现象评定

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当元件承受变化的机械应力、热应力或同时承受这两种应力（热应力棘轮部分或全部由热应力引起的）时，会发生渐增性非弹性变形或应变，这种现象称为棘轮。棘轮是由贯穿元件横截面的恒载荷，与一变载荷组合而引起，该变载荷为应变控制循环载荷或交替施加、移除的温度分布。棘轮会引起材料的循环应变，这会导致疲劳失效，同时也会引起结构塑性循环增长，最终导致垮塌。

当元件承受循环载荷，或循环温度分布时，某些区域会发生塑性变形，如果直到载荷和温度分布移除时，除了小部分区域产生应力集中外，其它区域只产生弹性的一次和二次应力，那么结构处于安定状态。这些小部分区域呈现出稳定的滞回曲线，无渐增性变形。进一步的载荷和温度分布的加载/卸载只引起弹性的一次和二次应力。

防止棘轮的评定是针对用户设计说明书或规范中规定的所有操作载荷的。即使通过疲劳筛分准则，对棘轮的评定仍不能豁免。如果达到下列任意一条的要求，则对棘轮的评定满足：

   a) 载荷只引起一次应力而没有任何循环的二次应力。

   b) 弹性应力分析准则—对防止棘轮的评定应满足规范5.5.6节给出的相关规则（存在弹性一次加二次应力范围极限）。

   c) 弹-塑性应力分析准则—对防止棘轮的评定应满足规范5.5.7节给出的相关规则。在这个方法中，使用弹性-理想塑性材料模型，对元件进行循环载荷下的非弹性分析，直接对棘轮进行评定，如直接得出位移的增量或每个循环载荷下的渐增性应变增量。

在针对元件承受循环载荷的设计中，目标之一就是基于贯穿横截面的应力分量进行安定性设计，以确保在经历了最初几次循环载荷后结构保持弹性响应。横截面上可能会产生由局部不连续引起的交变塑性，但此交变塑性是受限的，因为整个截面处于弹性响应。如果安定要求不满足，那么塑性区就会扩大且不能使用弹性分析结果结合一个的系数来考虑局部不连续效应。所以，在基于弹性分析的疲劳评定中引入了罚系数 ，以确保充分的评估循环塑性应变，参见规范5.5.3.2节。目前使用的罚系数从横截面内的应变重分布和局部缺口效应两个方面考虑了塑性引起的应变集中。

当热载荷引起的二次应力超过规范5.5.6.1规定的弹性安定准则的范围时，可使用带罚系数的简化的弹-塑性分析来评定。其它载荷引起的二次应力是明确排除在外的。简化的弹-塑性分析方法来自于原ASMEⅧ-2。

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