疲勞的機(jī)制可以分成三個相互關(guān)聯(lián)的過程：

1. 裂紋產(chǎn)生

　　2. 裂紋延伸

　　3. 斷裂

　　FEA 應(yīng)力分析可以預(yù)測裂紋的產(chǎn)生。許多其他技術(shù)，包括動態(tài)非線性有限元分析可以研究與裂紋的延伸相關(guān)的應(yīng)變問題。由于設(shè)計工程師*希望從一開始就防止疲勞裂紋的出現(xiàn)，確定材料的疲勞強(qiáng)度。

　　裂紋開始出現(xiàn)的時間以及裂紋增長到足以導(dǎo)致零部件失效的時間由下面兩個主要因素決定：零部件的材料和應(yīng)力場。材料疲勞測試方法可以追溯到19 世紀(jì)，由August Wöhler **次系統(tǒng)地提出并進(jìn)行了疲勞研究。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室測試采用周期性載荷，例如旋轉(zhuǎn)彎曲、懸臂彎曲、軸向推拉以及扭轉(zhuǎn)循環(huán)?？茖W(xué)家和工程師將通過此類測試獲得的數(shù)據(jù)繪制到圖表上，得出每類應(yīng)力與導(dǎo)致失效的周期重復(fù)次數(shù)之間的關(guān)系，或稱S-N 曲線。工程師可以從S-N 曲線中得出在特定周期數(shù)下材料可以承受的應(yīng)力水平。

　　該曲線分為高周疲勞和低周疲勞兩個部分。一般來說，低周疲勞發(fā)生在10,000 個周期之內(nèi)。曲線的形狀取決于所測試材料的類型。某些材料，例如低碳鋼，在特定應(yīng)力水平（稱為耐疲勞度或疲勞極限）下的曲線比較平緩。不含鐵的材料沒有耐疲勞度極限。

　　大體來說，只要在設(shè)計中注意應(yīng)用應(yīng)力不超過已知的耐疲勞度極限，零部件一般不會在工作中出現(xiàn)失效。但是，耐疲勞度極限的計算不能解決可能導(dǎo)致局部應(yīng)力集中的問題，即應(yīng)力水平看起來在正常的“**”極限以內(nèi)，但仍可能導(dǎo)致裂紋的問題。

　　與通過旋轉(zhuǎn)彎曲測試確定的結(jié)果相同，疲勞載荷歷史可以提供關(guān)于平均應(yīng)力和交替應(yīng)力的信息。測試顯示，裂紋延伸的速度與載荷周期和載荷平均應(yīng)力的應(yīng)力比率有關(guān)。裂紋僅在張力載荷下才會延伸。因此，即使載荷周期在裂紋區(qū)域產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，也不會導(dǎo)致更大的損壞。但是，如果平均應(yīng)力顯示整個應(yīng)力周期都是張力，則整個周期都會導(dǎo)致?lián)p壞。

　　許多工況載荷歷史中都會有非零的平均應(yīng)力。人們發(fā)明了三種平均應(yīng)力修正方法，可以省去必須在不同平均應(yīng)力下進(jìn)行疲勞測試的麻煩：

　　Goodman 方法- 通常適用于脆性材料。

　　Gerber 方法- 通常適用于韌性材料。

　　Soderberg 方法- 通常*保守。

　　這三種方法都只能應(yīng)用于所有相關(guān)聯(lián)的S-N 曲線都基于完全反轉(zhuǎn)載荷的情況。而且，只有所應(yīng)用疲勞載荷周期的平均應(yīng)力與應(yīng)力范圍相比很大時，修正才有意義。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，失效判據(jù)位于Goodman 曲線和Gerber 曲線之間。這樣，就需要一種實(shí)用的方法基于這兩種方法并使用*保守的結(jié)果來計算失效。