对有限寿命的零件，疲劳寿命是疲劳裂纹萌生寿命与扩展寿命二者之和。因此，工程上有时需要开展实际零件或与实际零件具有相同应力集中系数的试件疲劳裂纹萌生试验和寿命估算，以及具有裂纹的试件的疲劳裂纹扩展试验与寿命估算。
6.6.5.1 疲劳裂纹萌生试验与寿命估算
通常是用具有与零件相当的理论应力集中系数Kt的试样进行疲劳试验，得出一定Kt情况下循环应力Δσ-疲劳裂纹萌生寿命曲线。图6-137a、b所示分别为35CrMo钢870℃油淬，600～620℃回火和w（C）为0.26%、w（Mn）为1.37%的铸钢860℃油淬，620℃回火的情况下（不同Kt），三点弯曲加载的循环应力Δσ与疲劳裂纹萌生寿命Ni曲线。
图6-136 合金结构钢在同强度水平条件下，一次冲击韧度aKU与多次冲击破坏次数N的关系
1—40钢 2—40MnB 3—40CrEiMoA
对不同应力集中条件，需要分别进行试验，工作量很大，研究者提供出了各种不同应力集中条件下疲劳裂纹萌生寿命的估算方法。
1.断裂力学法Rolfe等人以缺口顶端最大应力范围Δσmax作为缺口试样疲劳裂纹萌生的控制因素。
，因此以
作为描述缺口最大应力范围的参量，式中ΔK是把缺口深度D当成裂纹长度确定的应力强度因子，ρ为缺口曲率半径。图6-138所示为35CrMo钢的
曲线，可见不同Kt的曲线并不能很好地用一条曲线来表示，但作为工程应用要求的精度，还是有很好的参考价值。
图6-137 循环应力Δσ-疲劳裂纹萌生寿命Ni曲线
a）35CrMo b）试验用铸钢
图6-138 35CrMo钢
-Ni曲线
2.局部应变法 局部应变法的出发点（即相同的应变幅）将导致相同的疲劳损伤，如果缺口根部的局部应变幅能够确定，那么缺口构件的疲劳寿命就可以根据光滑试样的低周疲劳数据来估算。
缺口根部的应变幅Δε可根据Eeuber法则求解，或用有限元方法求解，求得Δε后，可根据低周疲劳式（6-92）～式（6-94）计算构件寿命。
6.6.5.2 疲劳裂纹的扩展
大型铸锻件及焊接件中，缺陷不能完全避免，机器零件在运行过程中也会产生裂纹。有了缺陷和裂纹之后，零件的剩余寿命就取决于疲劳裂纹扩展速率da/dN和极限裂纹长度aC。裂纹扩展速率da/dN与外加应力强度因子范围ΔK有比较明显的关系，典型的da/dN与ΔK的关系曲线如图6-139所示。ΔK比较低时，即裂纹扩展初始阶段（第Ⅰ阶段），da/dN随ΔK增加而增长很快；进入第Ⅱ阶段后，da/dN的增长转趋平稳；当ΔK很大时，da/dN又急剧增长，这时已进入疲劳破坏的后期，为第Ⅲ阶段。第Ⅱ阶段为机件疲劳裂纹扩展的主要过程，第Ⅲ阶段只有很少扩展周次，意义不大。第Ⅱ阶段的da/dN与ΔK可用下式（称为Paris公式）表示
图6-139 典型的da/dN与ΔK关系曲线
式中的c、n为材料常数。对结构钢，指数n在2～4之间变化；对铝合金，指数n在2～7之间变化。
式（6-96）可转化成(www.xing528.com)
a0为裂纹初始长度，aC为裂纹极限长度，可依材料的KIC或Kfc算出（Kfc特指疲劳断裂时相当的应力强度因子），依此式可估算零件剩余寿命。式（6-97）是在应力强度因子比
比较小时得出的，当R比较大时，R对da/dN有较大影响，则
式中 A′、n′——由材料性质决定；
KC——相应厚度下材料的断裂韧度。
式（6-98）称为Forman公式。
当ΔK降低到临界值ΔKth时，疲劳裂纹扩展速率变得特别慢，GB/T 6398—2000定义裂纹扩展速率为10-7mm/次的ΔK为ΔKth，即存在疲劳裂纹不发生扩展的应力强度因子值，称为疲劳裂纹扩展门槛值，简称“疲劳门槛值”。对于钢，ΔKth一般小于13MPa·
；对于铝合金，则小于
依ΔKth值，可计算在所承受载荷下，可能的非扩展裂纹长度。
还可将ΔKth值写成如下形式：
式中的Δσth中的σthmax相当于包含非扩张裂纹a的疲劳极限。
6.6.5.3 典型材料疲劳裂纹扩展速率和门槛值
几种国产结构钢疲劳裂纹扩展速率见表6-38。
表6-38 几种国产结构钢的疲劳裂纹扩展速率
（续）
注：AB段、BC段、B点见图6-139。
几种国产结构钢疲劳裂纹扩展门槛值见表6-39。
表6-39 几种国产结构钢的疲劳裂纹扩展门槛值
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