零件或構件由于交變載荷的反復作用，在它所承受的交變應力尚未達到靜強度設計的許用應力情況下就會在零件或構件的局部位置產生疲勞裂紋并擴展、最后突然斷裂。這種現象稱為疲勞破壞。疲勞裂紋的形成和擴展具有很大的隱蔽性而在疲勞斷裂時又具有瞬發性，因此疲勞破壞往往會造成極大的經濟損失和災難性后果。

材料力學是根據靜力試驗來確定材料的機械性能（比如彈性極限、屈服極限、強度極限）的，這些機械性能沒有充分反映材料在交變載荷作用下的特性。而金屬的疲勞破壞形式和機理不同與靜載破壞，所以零件疲勞強度的設計計算不能為經典的靜強度設計計算所替代，屬于動強度設計，因此，在交變載荷作用下工作的零件和構件，如果還是按靜載荷去設計，在使用過程中往往就會發生突如其來的破壞。以下為疲勞破壞與傳統靜力破壞的區別：

1. 靜力破壞是一次最大載荷作用下的破壞；疲勞破壞是多次反復載荷作用下產生的破壞，它不是短期內發生的。

2. 當靜應力小于屈服極限或強度極限時，不會發生靜力破壞；而交變應力在遠小于靜強度極限，甚至小于屈服極限的情況下，疲勞破壞就可能發生。

3. 靜力破壞通常有明顯的塑性變形產生；疲勞破壞通常沒有外在宏觀的顯著塑性變形跡象，即便是塑性良好的金屬，其疲勞破壞形式也象脆性破壞一樣，事先不易覺察出來，這表明疲勞破壞具有更大的危險性。

4. 在靜力破壞的斷口上，通常只呈現粗粒狀或纖維狀特征；而在疲勞破壞的斷口上，總是呈現兩個區域特征，一部分是平滑的，另一部分是粗粒狀或纖維狀。因為疲勞破壞時，首先在某一點（通常接近構件表面）產生微小的裂紋，其起點叫"疲勞源"，而裂紋從疲勞源開始，逐漸向四周擴展。由于反復變形，裂開的兩個面時而擠緊，時而松開，這樣反復摩擦，形成一個平滑區域。在交變載荷繼續作用下，裂紋逐漸擴展，承載面積逐漸減少，當減少到材料或構件的靜強度不足時，就會在某一載荷作用下突然斷裂，其斷裂面呈粗粒狀或纖維狀。

5. 靜力破壞的抗力主要取決于材料本身；而疲勞破壞的抗力與材料的組成、構件的形狀或尺寸、表面加工狀況、使用條件以及外部工作環境都有關系。

疲勞斷裂是因為在零件或構件表層上的高應力或強度比較低弱的部位區域產生疲勞裂紋，并進一步擴展而造成的。這些危險部位小到幾個毫米甚至幾十個微米的范圍，零件或構件的幾何缺口根部、表面缺陷、切削刀痕、碰磕傷痕及材料的內部缺陷等往往是這種危險部位。因此，提高構件疲勞強度的基本途徑主要有兩種。一種是機械設計的方法，主要有優化或改善缺口形狀，改進加工工藝工程和質量等手段將危險點的峰值應力降下來；另一種是材料冶金的方法，即用熱處理手段將危險點局部區域的疲勞強度提高，或者是提高冶金質量來減少金屬基體中的非金屬夾雜等材料缺陷等局部薄弱區域。在解決實際工程問題時，往往需要結合運用以上兩種方法進行疲勞強度設計和研究。合理地利用各種提高疲勞強度的手段，可以有效地提高構件的疲勞強度或延長其疲勞壽命，并起到輕量化的作用。

關于疲勞問題的研究，基本上可分為疲勞裂紋的形成和擴展機理、規律方面的基礎性研究和疲勞強度設計以及提高疲勞強度的有效途徑等應用性研究。應用性研究雖然借鑒了基礎性研究的成果，但因為它需要考慮更多的實際影響因素，所以它的研究更為復雜和困難。因此相比之下關于疲勞壽命的預測和疲勞強度設計等應用性研究要少得多，遠遠落后于實際工程的需求。過去，疲勞強度設計和壽命預測的研究主要是以試驗為基礎進行的。隨著計算機應用技術和有限元數值計算理論及其應用的迅速發展，現在又興起了基于大量試驗數據的疲勞強度設計和壽命計算的有限元數值計算方法，有力地推動著零部件疲勞強度設計的研究及應用的發展。

當前，業已發展形成了專用的疲勞分析軟件，如FE-SAFE等。此外許多著名的有限元分析軟件也嵌套有功能較為齊全的疲勞強度計算模塊，如MARC，ANSYS，以及I-Deas中的CAE等。這些軟件疲勞強度計算模塊的細節雖然不盡相同，但是其基本思路與算法大都相似。

疲勞分析中常見概念介紹.pdf