材料疲勞是一種結(jié)構(gòu)在循環(huán)載荷作用下出現(xiàn)失效的現(xiàn)象。即使材料受到的應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料的靜態(tài)強(qiáng)度，也可能會發(fā)生這種類型的結(jié)構(gòu)損傷。疲勞是造成機(jī)械結(jié)構(gòu)失效最常見的原因。

組件在反復(fù)載荷作用下導(dǎo)致最終失效的過程，可以分為三個階段：

在多次循環(huán)作用下，材料損傷在微觀層面不斷發(fā)展，直到形成宏觀裂紋。

在每次循環(huán)中，宏觀裂紋都會不斷增長，直至達(dá)到臨界長度。

當(dāng)出現(xiàn)裂紋的組件無法繼續(xù)承受峰值載荷時(shí)，就會發(fā)生斷裂。

在某些應(yīng)用中，我們無法觀察到第二階段的變化。這種情況下，裂紋在微觀尺度上快速增長，導(dǎo)致組件突然失效。

后兩個階段的細(xì)節(jié)通常屬于斷裂力學(xué) 領(lǐng)域的研究內(nèi)容。疲勞 這一術(shù)語主要適用于第一階段。然而，這些學(xué)科之間存在一些重疊，測得的疲勞循環(huán)次數(shù)往往還包含后兩個階段。由于組件的大部分壽命都消耗在了出現(xiàn)宏觀裂紋之前，因此，大多數(shù)設(shè)計(jì)方案都會盡可能避免出現(xiàn)此類損傷。

金屬材料疲勞試驗(yàn)的一些常用試驗(yàn)方法通常包括單點(diǎn)疲勞試驗(yàn)法、升降法、高頻振動試驗(yàn)法、超聲疲勞試驗(yàn)法、紅外熱像技術(shù)疲勞試驗(yàn)方法等。

1、單點(diǎn)疲勞試驗(yàn)法適用于金屬材料構(gòu)件在室溫、高溫或腐蝕空氣中旋轉(zhuǎn)彎曲載荷條件下服役的情況。該種方法在試樣數(shù)量受限制的情況下，可近似測定疲勞曲線并粗略估計(jì)疲勞極限。試驗(yàn)所需的疲勞試驗(yàn)機(jī)一般為彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)和拉壓試驗(yàn)機(jī)。

2、升降法疲勞試驗(yàn)法升降法疲勞試驗(yàn)是獲得金屬材料或結(jié)構(gòu)疲勞極限的一種比較常用而又精確的方法，在常規(guī)疲勞試驗(yàn)方法測定疲勞強(qiáng)度的基礎(chǔ)上或在指定壽命的材料或結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度無法通過試驗(yàn)直接測定的情況下，一般采用升降法疲勞試驗(yàn)間接測定疲勞強(qiáng)度。

主要用于測定中、長壽命區(qū)材料或結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的隨機(jī)特性。所需試驗(yàn)機(jī)一般為拉壓疲勞試驗(yàn)機(jī)。

3、高頻振動疲勞試驗(yàn)法常規(guī)疲勞試驗(yàn)中交變載荷的頻率一般低于200Hz，無法精確測得一些零件在高頻環(huán)境狀態(tài)下的疲勞損傷。高頻振動試驗(yàn)利用試驗(yàn)器材產(chǎn)生含有循環(huán)載荷頻率為1000Hz左右特性的交變慣性力作用于疲勞試樣上，可以滿足在高頻、低幅、高循環(huán)環(huán)境條件下服役金屬材料的疲勞性能研究。

高頻振動試驗(yàn)主要用于軍民機(jī)械工程的需要。試驗(yàn)裝置通常包括：控制儀、電荷適配器、功率放大器、加速度計(jì)、振動臺等。

4、超聲法疲勞試驗(yàn)法超聲法疲勞試驗(yàn)是一種加速共振式的疲勞試驗(yàn)方法，其測試頻率(20kHz)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)疲勞測試頻率(小于200Hz)。超聲疲勞試驗(yàn)可以在不同載荷特征、不同環(huán)境和溫度等條件下進(jìn)行，為疲勞研究提供了一個很好的手段。超聲疲勞試驗(yàn)一般用于超高周疲勞試驗(yàn)，主要針對10^9以上周次疲勞試驗(yàn)。高周疲勞時(shí)，材料宏觀上主要表現(xiàn)為彈性的，所以在損傷本構(gòu)關(guān)系中采用應(yīng)力、應(yīng)變等參量的彈性關(guān)系處理，而不涉及微塑性。

5、紅外熱像技術(shù)疲勞試驗(yàn)方法為縮短試驗(yàn)時(shí)間、減少試驗(yàn)成本，能量方法成為疲勞試驗(yàn)研究的重要方法之一。金屬材料的疲勞是一個耗散能量的過程，而溫度變化則是研究疲勞過程能量耗散極為重要的參量。

紅外熱像技術(shù)是一種波長轉(zhuǎn)換技術(shù)，即將目標(biāo)的熱輻射轉(zhuǎn)換為可見光的技術(shù)，利用目標(biāo)自身各部分熱輻射的差異獲取二維可視圖像，用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和紅外測溫標(biāo)定技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對物體表面溫度場分布的顯示、分析和精確測量。試驗(yàn)所用材料通常為表面鍍鋅、經(jīng)過正火處理的金屬材料，為增大金屬表面的比輻射率，試驗(yàn)時(shí)通常在試樣表面涂上很薄的一層紅外透射涂料。