近年来，国内外不少学者对材料非比例应变循环加载下的材料循环附加硬化和流动特性进行了深入的研究，也对材料在应力循环下的棘轮行为进行了实验研究。在材料的循环本构模型、棘轮效应的预测等方面取得了较大的进展。但是，建立能统一描述材料的非比例应变循环、应力循环以及应力和应变组合的循环加载及其历史的本构模型仍是一个很大的挑战。因此，对金属材料的非比例多轴棘轮行为及与其相关的应变循环变形行为进行系统深入的实验研究，继而发展能较为精确的对其进行描述的本构模型，对固体力学及其相关学科具有非常重要的理论意义，对工程构件更可靠的设计和使用也具有重要的应用价值。 为了对循环硬化材料的非比例多轴棘轮行为和应变循环特性进行深入系统的研究并对其进行较为精确的本构描述，本论文开展了如下工作: 在Valanis的内时本构理论的框架中，改进和发展了一个新的本构模型，对材料非比例多轴棘轮行为和应变循环行为进行统一描述。该模型引入内结构张量以反映由于非比例加载而引起金属材料的附加等向强化及异向强化效应，同时提出材料强化程度的度量采用沿路径法线方向的塑性应变分量来描述。然后针对已建立模型的特点，提出一套简单而合理的模型参数确定方法。这些考虑的有效性已经通过用所建模型对304不锈钢材料在一些典型非比例循环加载路径下的响应进行的理论预测得到了验证；将该模型应用于U71Mn材料室温单轴棘轮行为描述中，结果显示内结构张量的引入不仅能较好地反映应变控制下的非比例附加效应，而且也能较好地反映应力控制下塑性应变的累积及变化率。