疲劳测试的起源可以追溯到 1838 年，当时德国采矿管理员 Wilhelm Albert 根据他对矿井提升机链条故障的观察，撰写了第一篇已知的关于金属疲劳的论文。1
到 1850 年代，运输专业人员采用疲劳测试作为识别、解释并最终纠正马车车轴和铁路车轴裂纹的工具。1 他对后者进行了 20 年的负载循环到失效研究，使德国铁路工程师 August Wӧhler 成为疲劳测试领域最重要的权威。
事实上，Wӧhler 因开发了 S-N 曲线（或维勒曲线）而受到赞誉，该曲线至今仍在使用，通过降低关键点的应力并识别表面缺陷和由此产生的裂纹扩展来最大限度地减少疲劳。由于在低载荷/长时间疲劳测试期间，裂纹往往会导致应力水平远低于公布的强度值，因为裂纹弱于体积强度，因此理解这些数据至关重要。
裂纹扩展理论解释说，当对裂纹施加应变时，尖端表面会产生更多的表面。然后表面塌陷，使裂缝变长。在高温下，屈服应力较低，裂纹尖端更容易屈服。因此，裂纹扩展得更快，这会导致高温下的循环疲劳和较低循环的失效，这对汽车工程有害。
S-N 或 Wӧhler 曲线由以下变量组成：
- S：应力/力面积
- N：循环次数（寿命）
- R：应力比（S min / S max. R=0.1 cycles +20MPa/+2MPa）
- -R：包括完全压缩 （+20MPa/-20MPa）
- 赫兹：频率，单位为周期/秒（对于尼龙 5Hz，这是发生加热的极限）
- 方向：与流向偏移的角度（以度为单位）。0 度是从门到终点。
- 耐久性：零件不会失效的应力水平
疲劳测试过程的目标是确定抗疲劳性并确定耐久性 - 不再发生故障的点。为了说明这一点，下面的两张图详细介绍了在玻璃纤维和矿物填充的聚酰胺 6,6 上完成的完整 S-N 图表征的极端，该特性在单轴应力下以 90、30 和 0 度的纤维取向进行了超过 1 毫米的循环。
S-N 曲线和疲劳数据文档
毫不奇怪，大多数汽车制造商现在都需要 S-N 曲线疲劳数据来绘制应力的大小与失效循环次数的关系。
ASTM D7791 是确定塑料在大量循环单轴应力下的抗疲劳性的标准化测试。但是，热塑性塑料的全面疲劳测试需要：
- 在正确的温度下进行测试
- 切割拉伸棒材
- 三种纤维取向（0、30、90）
- 调节
- 四个载荷值 （S）、载荷频率 （f）、应力比 （R） 和失效周期 （N）
虽然要求很具体，但在测试参数选择方面有很大的自由度，使用户能够紧密复制实际暴露条件。因此，每个汽车制造商都有自己的参数集，这些参数可以简化测试，也可以使测试复杂化。
温度对失效周期的影响
需要注意的是，无论采用何种疲劳测试方法，都必须选择正确的温度，以确保 S-N 曲线数据准确无误。
更复杂的是，ASTM D7791 没有规定测试温度。为了防止结果过于不稳定，人们普遍认为：
- 使用零件将长期暴露的最高温度进行测试
- 使用静态应力-应变曲线作为指导，将 S-N 曲线向下外推到其他感兴趣的温度
轻量化：金属到塑料的转换
自马车和第一代火车车厢问世以来，交通运输已经取得了长足的进步，但这并不能否定疲劳测试的相关性。当今的汽车工程师越来越重视 [TG1] 疲劳测试生成的数据，因为他们采用轻量化策略并使用工程热塑性塑料来符合燃油效率和排放标准。
具有高强度质量比的热塑性复合材料使轻量化成为可能。短玻璃纤维增强热塑性塑料特别受关注，因为它们可以注塑成复杂的形状，大批量，而且每个零件的成本相对较低。
然而，注射成型过程会导致纤维取向，从而导致各向异性机械强度和故障。汽车工程师可以使用疲劳测试和计算机建模来预测其塑料零件的疲劳寿命，并更改设计以满足要求。
疲劳测试的基础和使用寿命强调了它在工业领域的重要性，尤其是在汽车等正在过渡到新材料和新工艺的行业中。疲劳测试通常非常昂贵且耗时，因此与经验丰富的塑料材料解决方案提供商合作是有意义的，例如 Teknor Apex 以利用经过验证的能力和解决方案。
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