你是否想过，为什么一座大桥能承受数十年的车流震动？为什么一部手机可以经受上万次的按键按压？为什么飞机的机翼能在高空反复弯曲而不断裂？
这一切的背后，离不开一项关键的可靠性测试——疲劳试验。
在工程领域，疲劳是指材料或结构在远低于其静态强度极限的循环载荷作用下，经过多次循环后发生裂纹甚至断裂的现象。据统计，超过70%的机械零部件失效源于疲劳破坏。因此，进行疲劳试验，是确保产品安全、可靠、长寿命运行的必经之路。
本文将系统介绍疲劳试验怎么做，从原理到步骤，从设备到应用，带你全面掌握这项“耐久性体检”技术。
一、什么是疲劳试验？
疲劳试验（Fatigue Test）是通过在实验室中对材料或产品施加周期性变化的载荷（如拉伸、压缩、弯曲、扭转、振动等），模拟其在实际使用中承受的反复应力，以评估其在长期使用下的抗疲劳性能。
疲劳破坏的特点：
突发性：无明显塑性变形，断裂前难以察觉
低应力：破坏应力远低于材料的屈服强度
累积性：损伤随循环次数逐步积累
起源于缺陷：常从表面划痕、孔洞、焊缝等应力集中处开始
二、疲劳试验的核心目标
测定疲劳极限：材料在无限次循环下不发生断裂的最大应力值。
绘制S-N曲线（应力-寿命曲线）：描述应力水平与疲劳寿命的关系。
评估使用寿命：预测产品在实际工况下的安全寿命。
发现设计缺陷：识别结构薄弱点，优化设计。
验证材料性能：比较不同材料、工艺的抗疲劳能力。
三、疲劳试验怎么做？
第1步：明确试验目的与标准
确定测试对象：是材料试样、零部件还是整机？
选择试验标准：
金属材料：GB/T 3075、ISO 1099、ASTM E466
焊接结构：GB/T 13816
汽车部件：QC/T 513
航空航天：HB 5287
第2步：设计试样与夹具
试样形状：通常为哑铃形、圆柱形或根据实际结构定制。
尺寸精度：表面光洁度、尺寸公差需严格控制，避免人为应力集中。
夹具设计：确保载荷均匀施加，避免偏心或滑移。
第3步：选择试验设备
最常用的设备是电液伺服疲劳试验机或电磁式疲劳试验机，主要组成部分包括：
加载框架：提供结构支撑
作动器：产生循环载荷（力、位移）
控制系统：设定波形（正弦、三角、方波）、频率、幅值
传感器：力传感器、位移传感器、引伸计
数据采集系统：记录载荷、位移、循环次数
第4步：开始试验并监控
安装试样，连接传感器
启动控制系统，施加预载荷
逐步加载至设定应力水平
持续运行，实时监控：
载荷与位移曲线
试样温度
是否出现裂纹（可用显微镜或声发射监测）
记录疲劳寿命（Nf）：从开始加载到断裂的总循环次数
第5步：数据分析与报告
绘制S-N曲线：横轴为循环次数（N），纵轴为应力幅值（S）
确定疲劳极限：对于钢铁材料，通常取10⁷次不断裂的应力值
断口分析：通过扫描电镜（SEM）观察疲劳条纹，判断裂纹起源与扩展路径
出具报告：包含试样信息、试验条件、数据图表、结论建议