我们注意到，即使引发的应力比所允许的应力极限要小很多，反复加载和卸载在过一段时间后也会削弱物体。这种现象称为疲劳。每个应力波动周期都会在一定程度上削弱物体。在数个周期之后，物体会因为太疲劳而失效。疲劳是许多物体失效的主要原因，特别是那些金属物体。因疲劳而失效的典型示例包括，旋转机械、螺栓、机翼、消费产品、海上平台、船舶、车轴、桥梁和骨架。
线性和非线性结构算例无法预测疲劳所导致的失效。它们会计算专为指定约束和载荷环境设计的反应。如果遵守了分析假设，并且算出的应力在允许的限制范围内，则它们认为无论应用多少次载荷，该设计在此环境中都是安全的。
静态算例、非线性算例或时间历史线性动态算例的结果可用作定义疲劳算例的基础。某一位置发生疲劳失效所需的周期数取决于材料和应力波动。对于特定材料而言，这些信息由曲线（称为 SN 曲线）给出。
疲劳失效的阶段
疲劳失效有三个阶段：
| 阶段 1 |
材料中形成一处或多处裂纹。材料的任何位置都可能形成裂纹，但通常发生的位置是边界面，因为这里有更高的应力波动。裂纹产生的原因有很多。材料细微结构的缺陷以及加工或处理引起的表面刮擦都是其中的原因。 |
| 阶段 2 |
部分或所有裂纹因继续应用载荷而增大。 |
| 阶段 3 |
设计为容忍所应用载荷的能力继续恶化，直到失效发生。 |
疲劳裂纹开始于材料表面。加强模型表面可以延长模型在疲劳下的寿命。