1.疲劳寿命（S-N）曲线
疲劳强度设计一般以实验为基础，通过相应的力学实验获得某种构件的疲劳强度极限数据。疲劳试验需要在疲劳试验机上进行，为了降低实验成本和简化试验过程，通常采用结构简单、造价较低的标准试样。实验过程通常对试样施加不同幅值的零均值循环应力，并记录试样在循环应力条件达到破坏的循环次数或寿命N。通过对一组试样施加不同应力载荷的试验，可得到系列试验数据。经过数据处理后，以应力循环次数为横坐标，循环应力幅值为纵坐标，可以做出相应构件的循环应力-寿命曲线，通常称作S-N曲线。
图7-19反映了疲劳强度的S-N曲线的基本形式。S-N曲线多采用双对数坐标，曲线大致由三段折线组成。
图7-19 典型的循环应力-寿命曲线（S-N曲线）
第一段为平行于横坐标的直线，一般对应材料的静载荷强度σs。
第二段为斜线，基本关系描述为
式中 m、C——与试件材料有关的常数；
Ni、σi——斜线上任意点坐标，亦即产生疲劳破坏的循环总次数Ni对应的循环应力σi，一般也称为条件疲劳强度。
第三段与第二段线交点的横坐标N0一般称为循环基数，对应的纵坐标σ0称为疲劳极限。
一般而论，当循环应力幅值低于σ0及试验循环次数超过N0时，若试件不发生损坏，则认为在σ0应力作用下，试件可以无限次循环而不出现疲劳失效。此种情况对应的第三段线呈水平线，也称为Miner准则。
但实际上，材料不可能承受无限次循环应力，对于风力发电机组等要求设计寿命较长的设备，特别是对于其中一些需要承受更高周次循环载荷的构件而言，仅采用Miner准则对应的低应力范围进行疲劳评估往往不够。
因此，为满足不同设计要求，有时需要采用其他的寿命估计方法，对Miner准则对应的第三段水平线进行修正。如图7-19所示，呈斜线的第三段疲劳特性分别对应了HAIBACH-Modificaiton和Miner-Elementar两种修正估计方法。一般认为后者更加合理。
图7-19中S-N曲线的第一、二段与循环基数N0所构成的区域，一般称为有限寿命设计区域。参照区域对应的疲劳极限条件进行的疲劳强度设计，称为有限疲劳设计。而超过N0区域对应的疲劳强度则被称为无限疲劳设计。
影响结构疲劳强度的因素很多，但主要涉及材料、零件状态和工作条件三个方面。
（1）材料方面：化学成分、金相组织、纤维方向、内部缺陷等。
（2）零件状态：应力集中系数、尺寸系数、表面加工状态、表面强化处理状态。
（3）工作条件：载荷特性、环境介质、使用温度等。
2.非零均值循环应力
如图7-20所示，循环应力具有周期变化的特点，其特征一般可描述为
图7-20 循环应力及其特征
式中 σm——平均应力；
σmax——最大应力；
σmin——最小应力；
σa——应力幅值；
Δσ——应力范围。
以上这些参数被称为循环应力的特征参数。(www.xing528.com)
定义应力比RT，即
当循环应力为拉应力时取正值，为压应力时取负值。根据此应力比RT的取值，可区分循环应力的特征：RT=-1时，表示对称循环应力；RT=0时，为脉动循环应力；RT=1为静应力；当0＜RT＜1时，为波动循环应力；若应力比RT≠±1，所对应的各种循环应力统称为不对称循环应力。
在非零均值交变应力条件下，与对称应力的疲劳寿命曲线有所不同。若定义非零均值循环应力下的疲劳极限为σr、对称应力下的疲劳极限σ-1，两者存在如下关系：
（1）格伯关系。
（2）古德曼关系。
（3）索德贝尔格关系
式中 σb、σs——材料的强度极限和屈服极限。
可以利用式（7-24）～式（7-26）三种应力关系，对非零均值交变应力进行修正。但应注意，格伯关系比较复杂，通常适用于韧性材料，而索德贝尔格关系偏于保守。因此，在疲劳强度设计中较常用古德曼关系。
根据古德曼关系式，可将非零均值循环应力转换为等价的零均值循环应力，即
这样，即可以采用对称循环应力疲劳试验的数据，对非零均值循环应力作用下的构建疲劳寿命进行估计。
3.累积损坏与Miner准则
在承受小于寿命许用载荷条件下，部件也可能在连续运行一段时间后发生损坏。对于变幅值循环应力的情况，如图7-21所示，Palmgren和Miner分别提出了结构疲劳损伤的累积式线性的简单假设。
图7-21 变幅值循环应力
根据Miner对累积损坏的定义，累积损坏D为各幅值循环应力引起损坏的总和。若结构经受m个常幅循环应力σi（i=1、2、…、m），各应力下的寿命分别为Ni，发生ni次应力循环，则ni次循环造成的“相对损伤”为ni／Ni。当所有“相对损伤”的累积疲劳损伤总和等于1时，疲劳破坏发生。亦即
式中 ni——在各应力σi对应的循环次数；
Ni——单一应力σi作用下疲劳破坏的总循环次数；
D——应力幅值变化的情况下的累积总损伤。
这就是著名的线性损伤累积假设，已被广泛应用于变载荷条件的寿命分析中。
实际上，疲劳裂纹的形成和发展过程不一定是线性的，线性疲劳损伤累积理论也只是一种近似表达。但线性损伤累积的假设方法简单，基本能够满足工程应用要求。当然，针对一些特殊的设计需要，也可采用其他的寿命估计方法，如线性疲劳累积损伤理论等。
4.随机循环载荷
如图7-22所示，非周期性且与时间不具有确定函数关系的载荷称为随机载荷。随机载荷产生的疲劳现象通常称为随机载荷。随机载荷产生的疲劳现象通常称为随机疲劳。
图7-22 随机循环载荷
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