耐用性

耐用性是材料科學中使用的一個術語，指的是組件計算出的使用壽命。耐用性是指材料和組件在計算的使用壽命内並考慮相關環境條件的情況下，承受靜態、準靜態和動態（反覆或衝擊）負載而不損壞的能力。

耐用性測定方法可以是計算方法，也可以是測試結果。因此，耐用性是一門橫斷科學，包括負載（機械和環境）、材料、生產和結構的相互作用。

動態應力幾乎始終導致組件失效的原因。通常情況下，當負載明顯低於靜態拉伸測試中觀察到的失效負載時會發生失效。疲勞壽命是耐用性的一部分，是指材料在循環應力下的變形和失效行為。

藉由S-N曲線，可以透過準確統計，預測在組件失效前，能在作動負載下可承受的循環次數。

組件的耐用性

很多時候，開發人員不是為了抗疲勞所設計組件，而是為了展示產品的高耐用性。

為了測定組件的耐用性，必須考慮所有負載類型，從靜態蠕變負載到衝擊負載，再到恆定或變幅的週期負載。環境條件，如溫度、降水量、壓力，以及材料因腐蝕或老化而發生的變化，這些也要考慮。接下來的挑戰是使用盡可能簡單的測試來測定特徵值，設計者可以在此基礎上開發出可靠的組件。

這裡的問題是，損壞過程是非常複雜的，實際上無法用單一個參數來描述。損傷始終是從内部缺陷或缺口產生的微裂紋的形成開始，在這些缺陷或缺口處發生循環塑性變形。LCF測試旨在用於描述該過程。隨後是裂縫延伸直至失效，對其採用破壞力學方法。

高週疲勞測試（也稱為S-N測試）不區分裂縫形成和裂縫延伸。使用S-N曲線，透過損傷累積法（如Plamgren/Miner）很容易預測可變負載幅度下的使用壽命。

然而，儘管由於採用了最新的材料表徵法，使所需的工作量大大減少，仍然需要進行組件驗證測試。

如今，幾乎所有的技術領域都要測試耐用性。耐用性具有一定的優勢，尤其是在輕量化結構中。組件所需的材料較少，因此當它們的設計目的是耐用性而非抗疲勞時，它們具有較低的質量。例如，在汽車工業中，較輕的車輛需要較少的燃料，但較輕的結構還允許更高的承載能力。耐用性設計在一定程度上也满足了一個功能要求：設計成抗疲勞的飛機如果太重則不能飛行。

組件的開發

在操作過程中，試驗機、系統或車輛的幾乎每一個組件都會受到機械負載的影響，從而隨著時間的推移發生變化。開發人員的任務是建立一個在整個使用壽命内實現功能的產品。相比之下，通常要求開發時間短，採用輕量化結構和節省成本的生產。計算使用壽命估計在疲勞測試中的應用提供可靠性和經濟性的組件設計。疲勞破壞力學還支持了對裂縫延伸的描述。非破壞性測試的特性參數可以包含在產品開發中。

耐用性組件目標為

達到規定的使用壽命
構成一個結構或整個系統的組件的可靠性
在達到額定使用壽命（失效概率）前確保不出現故障或停機

耐用性的測試測定

組件的使用壽命不僅取決於負載水平，還取決於負載順序。對於耐用性組件的設計，與操作相似的負載-時間順序（變幅負載序列）比單一負載測試提供更可靠的使用壽命資訊。

模擬測試

為了測試耐用性，應在測試台上盡可能準確地再現記錄的負載-時間訊號的情況下進行模擬測試。測試台和組件的性能導致了這樣一個事實：儘管有一個優化設置的控制器，實際訊號與期望的設置值訊號也不一致。為了改善模擬性能（設置值或目標訊號與實際訊號之間的對應關係），在反覆過程中改變設置值訊號，直到實際訊號與原始設置值訊號對應為止。