在工程實(shí)踐中，許多結(jié)構(gòu)和零部件（如橋梁、飛機(jī)機(jī)翼、汽車懸架、醫(yī)療器械等）在服役過(guò)程中承受著隨時(shí)間變化的循環(huán)載荷。即使這些載荷遠(yuǎn)低于材料的靜態(tài)強(qiáng)度極限，長(zhǎng)期反復(fù)作用也可能導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋并逐漸擴(kuò)展，最終發(fā)生突然的、災(zāi)難性的斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞失效。為了預(yù)防此類事故，確保產(chǎn)品安全可靠，疲勞試驗(yàn)成為材料科學(xué)和工程設(shè)計(jì)中不可或缺的環(huán)節(jié)。疲勞試驗(yàn)旨在模擬實(shí)際使用中的循環(huán)應(yīng)力，研究材料或結(jié)構(gòu)的疲勞性能。根據(jù)加載方式、載荷特性、試驗(yàn)?zāi)康暮铜h(huán)境條件的不同，疲勞試驗(yàn)可分為多種類型。

一、 按加載方式分類

這是最基礎(chǔ)的分類方法，根據(jù)施加在試樣上的力或位移的類型來(lái)劃分。

1. 軸向疲勞試驗(yàn) (Axial Fatigue Test)

• 原理： 在試樣的軸線方向上施加循環(huán)的拉伸和/或壓縮載荷。

• 特點(diǎn)： 最常見(jiàn)的疲勞試驗(yàn)類型，能直接測(cè)量材料的拉-拉、拉-壓或壓-壓疲勞性能。廣泛用于測(cè)試金屬、復(fù)合材料等的標(biāo)準(zhǔn)試樣。

• 應(yīng)用： 評(píng)估螺栓、連桿、拉索等承受軸向力的部件。

2. 彎曲疲勞試驗(yàn) (Bending Fatigue Test)

• 旋轉(zhuǎn)彎曲試驗(yàn) (Rotating Bending Test)： 試樣像軸一樣旋轉(zhuǎn)，同時(shí)承受恒定的彎矩。試樣上任一點(diǎn)都經(jīng)歷完整的拉-壓循環(huán)。設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，常用于快速篩選材料。

• 三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn) (Three-Point Bending Fatigue Test)： 載荷通過(guò)一個(gè)加載頭作用在水平放置試樣的中點(diǎn)，支點(diǎn)在兩端。試樣中點(diǎn)承受最大彎矩。

• 四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn) (Four-Point Bending Fatigue Test)： 使用兩個(gè)加載頭和兩個(gè)支點(diǎn)，使試樣中間一段區(qū)域承受恒定的彎矩，應(yīng)力分布更均勻，常用于測(cè)試涂層、薄膜或脆性材料。

• 原理： 對(duì)試樣施加循環(huán)的彎曲力矩，使其在長(zhǎng)度方向上產(chǎn)生交變的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。

• 子類型：

• 應(yīng)用： 評(píng)估軸類、齒輪齒根、梁結(jié)構(gòu)等。

3. 扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn) (Torsional Fatigue Test)

• 原理： 對(duì)試樣施加循環(huán)的扭矩，使其承受交變的剪切應(yīng)力。

• 特點(diǎn)： 專門(mén)用于評(píng)估承受扭轉(zhuǎn)力的部件，如傳動(dòng)軸、彈簧、螺釘?shù)取?/p>

• 應(yīng)用： 汽車傳動(dòng)系統(tǒng)、工具、緊固件。

4. 復(fù)合載荷疲勞試驗(yàn) (Combined Loading Fatigue Test)

• 原理： 同時(shí)施加兩種或多種類型的載荷（如軸向+扭轉(zhuǎn)、彎曲+扭轉(zhuǎn)）。

• 特點(diǎn)： 更真實(shí)地模擬復(fù)雜工況下部件的受力狀態(tài)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析更為復(fù)雜。

• 應(yīng)用： 高性能發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、飛機(jī)起落架、復(fù)雜機(jī)械部件。

二、 按載荷特性分類

根據(jù)循環(huán)載荷的幅值和平均值是否隨時(shí)間變化來(lái)劃分。

1. 恒幅疲勞試驗(yàn) (Constant Amplitude Fatigue Test)

• 原理： 在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，循環(huán)載荷的應(yīng)力幅值（Stress Amplitude）和應(yīng)力比（R = 最小應(yīng)力/最大應(yīng)力）保持不變。

• 特點(diǎn)： 試驗(yàn)條件簡(jiǎn)單、可控，是建立材料S-N曲線（應(yīng)力-壽命曲線）的基礎(chǔ)。S-N曲線是疲勞設(shè)計(jì)的核心依據(jù)。

• 應(yīng)用： 材料疲勞性能的基礎(chǔ)研究、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。

2. 變幅疲勞試驗(yàn) (Variable Amplitude Fatigue Test)

• 原理： 循環(huán)載荷的幅值和/或平均值隨時(shí)間隨機(jī)或按特定程序變化，以模擬真實(shí)服役中復(fù)雜的載荷譜（如車輛行駛在不同路況下的載荷）。

• 特點(diǎn)： 更貼近實(shí)際工況，但試驗(yàn)周期長(zhǎng)，數(shù)據(jù)分析復(fù)雜。常使用雨流計(jì)數(shù)法（Rainflow Counting）將復(fù)雜載荷譜簡(jiǎn)化為等效的恒幅循環(huán)。

• 應(yīng)用： 飛機(jī)、汽車、鐵路車輛等交通工具關(guān)鍵部件的壽命評(píng)估。

三、 按試驗(yàn)?zāi)康暮头椒ǚ诸?/h2>

1. 高周疲勞試驗(yàn) (High-Cycle Fatigue, HCF)

• 原理： 施加較低的應(yīng)力水平，導(dǎo)致材料在較高循環(huán)次數(shù)（通常 > 10? - 10? 次）后發(fā)生失效。

• 特點(diǎn)： 應(yīng)力水平通常在材料彈性范圍內(nèi)，失效主要由裂紋萌生主導(dǎo)。常用S-N曲線描述。

• 應(yīng)用： 大多數(shù)機(jī)械零件、結(jié)構(gòu)件的常規(guī)疲勞評(píng)估。

2. 低周疲勞試驗(yàn) (Low-Cycle Fatigue, LCF)

• 原理： 施加較高的應(yīng)力水平（通常超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度），導(dǎo)致材料在較低循環(huán)次數(shù)（通常 < 10? - 10? 次）后發(fā)生失效。

• 特點(diǎn)： 材料在循環(huán)過(guò)程中發(fā)生塑性變形，失效由裂紋擴(kuò)展主導(dǎo)。常用應(yīng)變-壽命曲線（ε-N曲線）描述。

• 應(yīng)用： 壓力容器、渦輪葉片、地震作用下的建筑結(jié)構(gòu)等承受大應(yīng)變循環(huán)的部件。

3. 裂紋擴(kuò)展試驗(yàn) (Crack Growth Test)

• 原理： 在預(yù)制裂紋的試樣上施加循環(huán)載荷，測(cè)量裂紋長(zhǎng)度隨循環(huán)次數(shù)的擴(kuò)展速率（da/dN）。

• 特點(diǎn)： 研究疲勞裂紋的擴(kuò)展行為，建立裂紋擴(kuò)展速率曲線（如Paris定律），用于斷裂力學(xué)分析和剩余壽命預(yù)測(cè)。

• 應(yīng)用： 安全關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的損傷容限設(shè)計(jì)和在役檢測(cè)。

四、 按環(huán)境條件分類

1. 常溫疲勞試驗(yàn)： 在室溫環(huán)境下進(jìn)行，是最常見(jiàn)的類型。

2. 高溫疲勞試驗(yàn)： 在高溫環(huán)境下進(jìn)行，評(píng)估材料在熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力共同作用下的疲勞性能（如發(fā)動(dòng)機(jī)部件）。

3. 腐蝕疲勞試驗(yàn)： 在腐蝕性環(huán)境（如鹽霧、酸堿溶液）中進(jìn)行循環(huán)加載，研究腐蝕與疲勞的協(xié)同效應(yīng)，其破壞性遠(yuǎn)大于兩者單獨(dú)作用之和。

4. 熱疲勞試驗(yàn)： 通過(guò)反復(fù)加熱和冷卻導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生交變熱應(yīng)力而引起的疲勞，常見(jiàn)于內(nèi)燃機(jī)、熱交換器等。