材料疲勞是一種結構在循環載荷作用下出現失效的現象。即使材料受到的應力遠低于材料的靜態強度，也可能會發生這種類型的結構損傷。疲勞是造成機械結構失效最常見的原因。

組件在反復載荷作用下導致最終失效的過程，可以分為三個階段：

在多次循環作用下，材料損傷在微觀層面不斷發展，直到形成宏觀裂紋。

在每次循環中，宏觀裂紋都會不斷增長，直至達到臨界長度。

當出現裂紋的組件無法繼續承受峰值載荷時，就會發生斷裂。

在某些應用中，我們無法觀察到第二階段的變化。這種情況下，裂紋在微觀尺度上快速增長，導致組件突然失效。

后兩個階段的細節通常屬于斷裂力學 領域的研究內容。疲勞 這一術語主要適用于第一階段。然而，這些學科之間存在一些重疊，測得的疲勞循環次數往往還包含后兩個階段。由于組件的大部分壽命都消耗在了出現宏觀裂紋之前，因此，大多數設計方案都會盡可能避免出現此類損傷。

金屬材料疲勞試驗的一些常用試驗方法通常包括單點疲勞試驗法、升降法、高頻振動試驗法、超聲疲勞試驗法、紅外熱像技術疲勞試驗方法等。

1、單點疲勞試驗法適用于金屬材料構件在室溫、高溫或腐蝕空氣中旋轉彎曲載荷條件下服役的情況。該種方法在試樣數量受限制的情況下，可近似測定疲勞曲線并粗略估計疲勞極限。試驗所需的疲勞試驗機一般為彎曲疲勞試驗機和拉壓試驗機。

2、升降法疲勞試驗法升降法疲勞試驗是獲得金屬材料或結構疲勞極限的一種比較常用而又精確的方法，在常規疲勞試驗方法測定疲勞強度的基礎上或在指定壽命的材料或結構的疲勞強度無法通過試驗直接測定的情況下，一般采用升降法疲勞試驗間接測定疲勞強度。

主要用于測定中、長壽命區材料或結構疲勞強度的隨機特性。所需試驗機一般為拉壓疲勞試驗機。

3、高頻振動疲勞試驗法常規疲勞試驗中交變載荷的頻率一般低于200Hz，無法精確測得一些零件在高頻環境狀態下的疲勞損傷。高頻振動試驗利用試驗器材產生含有循環載荷頻率為1000Hz左右特性的交變慣性力作用于疲勞試樣上，可以滿足在高頻、低幅、高循環環境條件下服役金屬材料的疲勞性能研究。

高頻振動試驗主要用于軍民機械工程的需要。試驗裝置通常包括：控制儀、電荷適配器、功率放大器、加速度計、振動臺等。

4、超聲法疲勞試驗法超聲法疲勞試驗是一種加速共振式的疲勞試驗方法，其測試頻率(20kHz)遠遠超過常規疲勞測試頻率(小于200Hz)。超聲疲勞試驗可以在不同載荷特征、不同環境和溫度等條件下進行，為疲勞研究提供了一個很好的手段。超聲疲勞試驗一般用于超高周疲勞試驗，主要針對10^9以上周次疲勞試驗。高周疲勞時，材料宏觀上主要表現為彈性的，所以在損傷本構關系中采用應力、應變等參量的彈性關系處理，而不涉及微塑性。

5、紅外熱像技術疲勞試驗方法為縮短試驗時間、減少試驗成本，能量方法成為疲勞試驗研究的重要方法之一。金屬材料的疲勞是一個耗散能量的過程，而溫度變化則是研究疲勞過程能量耗散極為重要的參量。

紅外熱像技術是一種波長轉換技術，即將目標的熱輻射轉換為可見光的技術，利用目標自身各部分熱輻射的差異獲取二維可視圖像，用計算機圖像處理技術和紅外測溫標定技術，實現對物體表面溫度場分布的顯示、分析和精確測量。試驗所用材料通常為表面鍍鋅、經過正火處理的金屬材料，為增大金屬表面的比輻射率，試驗時通常在試樣表面涂上很薄的一層紅外透射涂料。