棘轮效应是工程材料或结构在非对称应力控制循环加载下产生的塑性应变的累积现象。如果结构或装置在工作中产生棘轮效应,过大的棘轮应变会导致结构发生塑性变形失效,也会降低结构的疲劳寿命。因此,在进行结构的系统可靠性、安全性和疲劳寿命的评估时需要考虑棘轮效应的影响。近年来,很多学者对材料的棘轮效应展开了实验和本构模型方面的研究,并取得了众多的研究成果。然而,由于棘轮效应的复杂性和多样性,还有很多问题没有得到解决,如实验研究还不够全面和具体,本构模型主要是宏观唯象的,不能反映棘轮变形的微观物理本质。基于此,本文首先对多晶铜进行了单轴棘轮效应的实验研究,然后从晶体塑性理论的角度出发,构建了描述多晶铜单轴棘轮效应的本构模型,主要工作如下:(1)对多晶铜进行了单轴拉伸、应变控制循环和非对称应力控制循环实验研究,获得了多晶铜的循环特性和不同工况下的棘轮演化规律,为本构模型研究和相关参数的确定打下了基础。(2)基于晶体塑性理论构建了单晶粘塑性主控方程,并引入自硬化和潜硬化准则、修改的A-F随动硬化准则和显式的过渡准则,从而构建了描述多晶铜单轴棘轮效应的本构模型。(3)利用构建的本构模型模拟和预测了多晶铜的单轴棘轮行为,并和实验结果进行了对比分析,验证了模型的准确性。此外,还进行了单晶尺度下棘轮效应的预测并进行了定性分析。