Zaobserwowano, że powtarzające się obciążanie i zwalnianie z czasem osłabia obiekty nawet wtedy, gdy wywołane naprężenia są znacznie mniejsze niż dopuszczalne granice naprężenia. Zjawisko to jest znane jako zmęczenie. Każdy cykl fluktuacji naprężenia osłabia obiekt w pewnym stopniu. Po pewnej liczbie cykli obiekt staje się tak słaby, że ulega zniszczeniu. Zmęczenie jest głównym powodem zniszczenia wielu obiektów, szczególnie wykonanych z metali. Przykłady zniszczeń spowodowanych zmęczeniem mogą obejmować m.in. maszyny wirujące, śruby, skrzydła samolotów, produkty konsumpcyjne, platformy wiertnicze, statki, osie pojazdów, mosty i kości.
Strukturalne badania liniowe ani nieliniowe nie przewidują zniszczenia spowodowanego zmęczeniem. Obliczają one reakcję projektu poddanego określonemu środowisku umocowań i obciążeń. Jeżeli założenia analizy są spełnione, a obliczone naprężenia pozostają w dopuszczalnych granicach, zakładają one, że projekt jest bezpieczny w danym środowisku bez względu na to, ile razy dane obciążenie będzie zastosowane.
Wyniki badań statycznych, nieliniowych lub dynamicznych liniowych historii modalnej mogą być użyte jako podstawa dla zdefiniowania badania zmęczenia. Liczba cykli która powoduje wystąpienie zniszczenia zmęczeniowego w danej lokalizacji zależna jest od materiału i fluktuacji naprężenia. Informacja ta jest podawana dla danego materiału jako krzywa zwana krzywą SN.
Etapy zniszczenia spowodowanego zmęczeniem
Zniszczenie spowodowane zmęczeniem zachodzi w trzech etapach:
| Etap 1 |
W materiale powstaje jedno lub kilka pęknięć: Pęknięcia mogą powstawać w dowolnym miejscu materiału, jednakże zwykle zdarzają się na ścianach granicznych ze względu na wyższe fluktuacje naprężenia. Pęknięcia mogą następować z wielu powodów. Przyczynami tymi mogą być np. niedoskonałości struktury mikroskopowej materiałów oraz zarysowania powierzchni spowodowane obróbką lub obchodzeniem się z przedmiotami. |
| Etap 2 |
Niektóra z pęknięci powiększają się pod wpływem dalszego obciążania. |
| Etap 3 |
Zdolność projektu do wytrzymywania zastosowanych obciążeń nadal zmniejsza się, aż do wystąpienia zniszczenia. |
Pęknięcia zmęczeniowe zaczynają powstawać na powierzchni materiału. Wzmocnienie powierzchni modelu zwiększa żywotność modelu podlegającego przypadkom zmęczenia.