在工程實踐中，許多結構和零部件（如橋梁、飛機機翼、汽車懸架、醫療器械等）在服役過程中承受著隨時間變化的循環載荷。即使這些載荷遠低于材料的靜態強度極限，長期反復作用也可能導致材料內部產生微裂紋并逐漸擴展，最終發生突然的、災難性的斷裂，這種現象稱為疲勞失效。為了預防此類事故，確保產品安全可靠，疲勞試驗成為材料科學和工程設計中不可或缺的環節。疲勞試驗旨在模擬實際使用中的循環應力，研究材料或結構的疲勞性能。根據加載方式、載荷特性、試驗目的和環境條件的不同，疲勞試驗可分為多種類型。

一、 按加載方式分類

這是最基礎的分類方法，根據施加在試樣上的力或位移的類型來劃分。

1. 軸向疲勞試驗 (Axial Fatigue Test)

• 原理： 在試樣的軸線方向上施加循環的拉伸和/或壓縮載荷。

• 特點： 最常見的疲勞試驗類型，能直接測量材料的拉-拉、拉-壓或壓-壓疲勞性能。廣泛用于測試金屬、復合材料等的標準試樣。

• 應用： 評估螺栓、連桿、拉索等承受軸向力的部件。

2. 彎曲疲勞試驗 (Bending Fatigue Test)

• 旋轉彎曲試驗 (Rotating Bending Test)： 試樣像軸一樣旋轉，同時承受恒定的彎矩。試樣上任一點都經歷完整的拉-壓循環。設備相對簡單，常用于快速篩選材料。

• 三點彎曲疲勞試驗 (Three-Point Bending Fatigue Test)： 載荷通過一個加載頭作用在水平放置試樣的中點，支點在兩端。試樣中點承受最大彎矩。

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

• 原理： 對試樣施加循環的彎曲力矩，使其在長度方向上產生交變的拉應力和壓應力。

• 子類型：

• 應用： 評估軸類、齒輪齒根、梁結構等。

3. 扭轉疲勞試驗 (Torsional Fatigue Test)

• 原理： 對試樣施加循環的扭矩，使其承受交變的剪切應力。

• 特點： 專門用于評估承受扭轉力的部件，如傳動軸、彈簧、螺釘等。

• 應用： 汽車傳動系統、工具、緊固件。

4. 復合載荷疲勞試驗 (Combined Loading Fatigue Test)

• 原理： 同時施加兩種或多種類型的載荷（如軸向+扭轉、彎曲+扭轉）。

• 特點： 更真實地模擬復雜工況下部件的受力狀態，試驗設計和分析更為復雜。

• 應用： 高性能發動機曲軸、飛機起落架、復雜機械部件。

二、 按載荷特性分類

根據循環載荷的幅值和平均值是否隨時間變化來劃分。

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

• 原理： 在整個試驗過程中，循環載荷的應力幅值（Stress Amplitude）和應力比（R = 最小應力/最大應力）保持不變。

• 特點： 試驗條件簡單、可控，是建立材料S-N曲線（應力-壽命曲線）的基礎。S-N曲線是疲勞設計的核心依據。

• 應用： 材料疲勞性能的基礎研究、標準測試。

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

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

• 特點： 更貼近實際工況，但試驗周期長，數據分析復雜。常使用雨流計數法（Rainflow Counting）將復雜載荷譜簡化為等效的恒幅循環。

• 應用： 飛機、汽車、鐵路車輛等交通工具關鍵部件的壽命評估。

三、 按試驗目的和方法分類

1. 高周疲勞試驗 (High-Cycle Fatigue, HCF)

• 原理： 施加較低的應力水平，導致材料在較高循環次數（通常 > 10? - 10? 次）后發生失效。

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

• 應用： 大多數機械零件、結構件的常規疲勞評估。

2. 低周疲勞試驗 (Low-Cycle Fatigue, LCF)

• 原理： 施加較高的應力水平（通常超過材料的屈服強度），導致材料在較低循環次數（通常 < 10? - 10? 次）后發生失效。

• 特點： 材料在循環過程中發生塑性變形，失效由裂紋擴展主導。常用應變-壽命曲線（ε-N曲線）描述。

• 應用： 壓力容器、渦輪葉片、地震作用下的建筑結構等承受大應變循環的部件。

3. 裂紋擴展試驗 (Crack Growth Test)

• 原理： 在預制裂紋的試樣上施加循環載荷，測量裂紋長度隨循環次數的擴展速率（da/dN）。

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

• 應用： 安全關鍵結構的損傷容限設計和在役檢測。

四、 按環境條件分類

1. 常溫疲勞試驗： 在室溫環境下進行，是最常見的類型。

2. 高溫疲勞試驗： 在高溫環境下進行，評估材料在熱應力和機械應力共同作用下的疲勞性能（如發動機部件）。

3. 腐蝕疲勞試驗： 在腐蝕性環境（如鹽霧、酸堿溶液）中進行循環加載，研究腐蝕與疲勞的協同效應，其破壞性遠大于兩者單獨作用之和。

4. 熱疲勞試驗： 通過反復加熱和冷卻導致材料內部產生交變熱應力而引起的疲勞，常見于內燃機、熱交換器等。