棘轮行为是指在非对称应力控制循环加载下塑性变形的循环累积,其可导致疲劳寿命的减少或使结构的变形超过限制而不能正常工作,是结构构件安全性、可靠性及疲劳寿命预测等实际工程结构设计中需考虑的一个重要因素。大多数金属材料在具有一定平均应力、应力控制循环加载下都会产生棘轮效应,而且很多材料的棘轮行为都是时相关的(受加载速率和荷载峰谷值保持时间等的影响),因此对这种类型荷载下的材料和结构构件进行疲劳寿命分析时,必须要考虑时相关棘轮行为和疲劳行为之间的交互作用。基于以上考虑,本文对两种不同的金属材料调质42CrMo钢和SS304不锈钢进行了系统的单轴时相关棘轮-疲劳交互作用实验研究,并改进现有的本构模型对两种材料的全寿命棘轮行为进行了模拟,这对于构件的合理使用和可靠性设计具有重要的工程参考价值。主要展开了以下工作：(1)对循环硬化材料SS304不锈钢在室温和高温(100℃和300℃)下的循环软／硬化行为以及单轴循环加载下的棘轮-疲劳交互作用行为进行了实验研究。讨论了不同温度下平均应力,应力幅值,加载速率和峰值保持时间对材料单轴棘轮行为和疲劳寿命的影响。(2)对循环软化材料调质42CrMo钢在室温下的时相关棘轮-疲劳交互作用行为进行了系统的实验研究,主要讨论了峰值保持时间和不同应力加载率对棘轮行为以及疲劳寿命的影响。(3)基于连续损伤力学和统一粘塑性循环本构的框架并在实验观察的基础上,在Abdel-Karim-Ohno随动硬化律的基础上,加入静力恢复项,并引入损伤,得到了一个新的耦合损伤时相关粘塑性本构模型,并对调质42CrMo钢其全寿命棘轮行为进行模拟,发现模拟结果和实验结果吻合较好。(4)对循环硬化材料SS304不锈钢,利用能较好描述棘轮行为的AF+OWⅡ本构模型,对其在室温和高温(100℃)下的全寿命棘轮行为进行了木构模拟,得到了较好的结果。