疲勞試驗可在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的多個點進行。然而，對小試樣水平疲勞試驗方法的關(guān)注表明，需要繼續(xù)進行試驗方法標(biāo)準(zhǔn)化。

疲勞測試涉及對試樣或結(jié)構(gòu)施加循環(huán)載荷。與單調(diào)測試不同，單調(diào)測試中載荷會增加直到失效，而疲勞測試所施加的載荷則在規(guī)定的最大和最小水平之間循環(huán)，直到發(fā)生疲勞失效，或者直到施加了預(yù)定數(shù)量的載荷循環(huán)為止。如果在規(guī)定的加載周期內(nèi)沒有發(fā)生故障，則測試結(jié)果稱為跳動。

使用幾種不同的循環(huán)應(yīng)力水平進行的多次疲勞測試的結(jié)果通常以交變應(yīng)力的振幅Samp （圖1a）與失效循環(huán)數(shù)N的關(guān)系作圖，通常稱為SN圖（圖1b）。圖中包括的所有疲勞測試均采用相同的加載循環(huán)內(nèi)最小應(yīng)力與最大應(yīng)力之比進行，稱為循環(huán)應(yīng)力比或R。對于拉伸-拉伸疲勞測試，通常使用R = 0.1的R比，而對于反向拉伸-壓縮疲勞測試，典型的R = -1.0的R比。疲勞試驗也被用來研究復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)的剛度和強度降低，這是由先前的循環(huán)載荷引起的。對于這些測定，應(yīng)在規(guī)定循環(huán)次數(shù)的循環(huán)荷載下進行試驗，然后進行單調(diào)荷載直至失效。

圖1.疲勞測試的標(biāo)準(zhǔn)方法

疲勞試驗可以在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的多個點進行，其特征是測試物品的尺寸和復(fù)雜性不同。小試樣和簡單的單元級試驗用于確定復(fù)合材料和層壓板的疲勞行為，以及研究環(huán)境條件、應(yīng)力集中和現(xiàn)有損傷對疲勞性能的敏感性。大更大更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)元件、子部件和全尺寸結(jié)構(gòu)疲勞試驗通常作為復(fù)合材料設(shè)計的構(gòu)建方法的一部分進行。由于更高級別的疲勞測試在廣泛的應(yīng)用范圍內(nèi)差異很大，因此本文將重點放在復(fù)合材料的小樣本級別的疲勞測試方法上，這些方法往往在許多應(yīng)用中都很常見。

在金屬疲勞中，單個裂紋或少量裂紋會合并會導(dǎo)致失效，與金屬疲勞相比，聚合物基復(fù)合材料（PMC）中疲勞損傷的形成和擴展更為復(fù)雜，通常涉及多種類型的損傷。在多向復(fù)合材料層合板中，疲勞損傷通常以基體開裂開始，然后是分層的形成和擴展，最后是纖維斷裂。因此，通常使用用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的多向?qū)訅喊宥皇菃蜗驅(qū)訅喊暹M行疲勞試驗。

相對于單調(diào)加載下PMC的大量標(biāo)準(zhǔn)化力學(xué)試驗，目前針對疲勞加載的試驗相對較少。ASTM D34792于1996年首次標(biāo)準(zhǔn)化，用于拉伸疲勞試驗。所規(guī)定的標(biāo)簽試樣幾何形狀與ASTM D30393中的單調(diào)拉伸載荷相同，范圍僅限于載荷或應(yīng)變控制下的等幅疲勞試驗。主要測試結(jié)果是疲勞壽命（失效循環(huán)數(shù)），其與測試中使用的比應(yīng)力振幅，R比率和環(huán)境條件相對應(yīng)。

彎曲疲勞試驗是復(fù)合材料最常見的樣品級疲勞測試之一，也是最簡單的測試之一。當(dāng)前，還沒有標(biāo)準(zhǔn)化的PMC彎曲疲勞試驗方法。但是，ASTM D77744側(cè)重于非增強塑料的完全反向（R=-1）彎曲疲勞試驗，可作為將現(xiàn)有ASTM D72645 PMC彎曲疲勞試驗方法應(yīng)用于彎曲疲勞的指南。試驗需要專門的測試夾具，包括額外的約束以及用于反向加載的雙加載輥（圖2）。

圖2.復(fù)合材料的彎曲疲勞測試配置

ASTM D30.05結(jié)構(gòu)測試方法小組委員會已經(jīng)制定了兩個用于疲勞測試的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。第一個是ASTM D7615 7，它提供了在循環(huán)拉伸或壓縮載荷下對復(fù)合材料層壓板進行開孔或“切口”試驗的指南。循環(huán)測試中使用的裸眼測試樣品和測試夾具與單調(diào)拉伸（ASTM 5766 8）或壓縮（ASTM D6484 9）加載的規(guī)定相同。

第二個標(biāo)準(zhǔn)實施規(guī)程ASTM D6873 10使用ASTM D5961 11中描述的四種軸承測試程序解決了復(fù)合材料的軸承疲勞響應(yīng)單調(diào)加載。循環(huán)軸承試驗的特殊考慮因素包括去除因孔伸長相關(guān)損傷而產(chǎn)生的纖維基體碎片。在這些試驗方法以及其他復(fù)合疲勞試驗方法中，與疲勞損傷相關(guān)的靜強度降低可通過在規(guī)定的疲勞循環(huán)次數(shù)后中斷循環(huán)加載并隨后單調(diào)加載至失效來確定。

最后，可進行試樣級疲勞試驗，以研究疲勞載荷下現(xiàn)有損傷的擴展。ASTM D6111512提供了一種試驗方法，用雙懸臂梁（DCB）試樣確定在恒定振幅模式I（開口）循環(huán)載荷下分層擴展開始所需的疲勞循環(huán)次數(shù)。此外，雖然迄今尚未標(biāo)準(zhǔn)化，但沖擊后循環(huán)壓縮（CAI）試驗可按照ASTM D713713中提供的試驗方法進行，以評估預(yù)先存在的沖擊損傷對復(fù)合材料層壓板抗疲勞性的影響。