Il a été observé que des chargements et déchargements répétés fragilisaient les objets avec le temps, même si les contraintes induites étaient considérablement inférieures aux contraintes limites. Ce phénomène est connu sous le nom de fatigue. Chaque cycle de fluctuation de contrainte affaiblit l'objet. Après un certain nombre de cycles, l'objet est affaibli au point de se rompre. La fatigue est la cause principale de la rupture de la plupart des objets, notamment ceux fabriqués en métal. Les exemples de rupture résultant de la fatigue incluent entre autres, les machines tournantes, les boulons, les ailes d'avions, les produits de consommation, les plates-formes de forage, les bateaux, les essieux de véhicules, les ponts et les os.
Les études structurelles linéaires et non linéaires ne prévoient pas la ruine résultant de la fatigue. Elles calculent la réponse d'une conception soumise à des déplacements imposés et des chargements déterminés. Si les hypothèses de l'analyse sont observées et que les contraintes calculées sont dans les limites autorisées, elles concluent que la conception est sûre dans cet environnement, quel que soit le nombre d'applications du chargement.
Les résultats d'études statiques, non linéaires ou dynamiques linéaires en fonction du temps peuvent servir de base à la définition d'une étude de fatigue. Le nombre de cycles requis pour qu'une ruine par fatigue se produise à un emplacement donné dépend des matériaux et des fluctuations de contrainte. Ces informations sont fournies pour chaque matériau par une courbe appelée courbe SN.
Phases de la rupture par fatigue
La rupture résultant de la fatigue se produit en trois phases :
| Phase 1 |
Une ou plusieurs fissures se développent dans le matériau. Les fissures peuvent se développer à n'importe quel endroit du matériau, mais elles apparaissent habituellement sur les faces de limite en raison des fluctuations plus élevées des contraintes. Les fissures peuvent se produire pour plusieurs raisons, dont les imperfections dans la structure microscopique des matériaux et des rayures de surface provenant de l'outillage ou de la manipulation. |
| Phase 2 |
Certaines fissures voire toutes les fissures s'agrandissent sous l'effet d'un chargement continu. |
| Phase 3 |
La capacité de la conception à supporter les chargements appliqués continue de se détériorer jusqu'à la rupture. |
Les fissures de fatigue commencent à apparaître sur la surface du matériau. Le renforcement des surfaces prolonge la vie du modèle soumis à des événements de fatigue.