Длительное действие на металлические изделия переменных напряжений может вызвать постепенное накопление повреждений, образование трещин и разрушение. Процесс постепенного накопления повреждений и разрушение металлов под действием многократно приложенных нагрузок носит название усталость. Свойство металлов сопротивляться усталости носит название выносливость.
Проблема усталости к настоящему времени имеет исключительно большое значение. По нашим ориентировочным подсчетам исследованиями усталости металлов в СССР занимаются свыше 1500 научных работников. И, несмотря на такое большое внимание к проблеме, количество усталостных разрушений металлов в эксплуатации не только не уменьшается, а, наоборот, возрастает. Объясняется это увеличением количества объектов, работающих в режиме переменных нагрузок.
Усталость является наиболее распространенной причиной разрушения машинного оборудования и конструкций в период эксплуатации. Значительный ущерб приносят усталостные разрушения рельсовому транспорту, энергетике, авиации, автотранспорту, химическому и металлургическому оборудованию, сварным конструкциям и многим другим областям и объектам современной техники.
Характерной особенностью разрушений металла от усталости является пониженный уровень необходимых для этого напряжений по сравнению с их уровнем, приводящим к разрушению при однократном приложении нагрузки. Наибольшее напряжение, не приводящее еще к разрушению от усталости того или иного образца металла, называется пределом выносливости. Предел выносливости всегда меньше, чем предел прочности _в или предел текучести _т при соответствующих видах нагружения. Характер изменения напряжений в пределах каждого цикла может быть различным: плавно изменяющимся (например, по синусоиде), трапециевидным или треугольным (рис. 6). Изменяющиеся в пределах цикла напряжения в общем случае могут быть выражены аналитически:
=_m+_af(t),
=_m+_af(t),
где _m и _m - средние напряжения цикла; _a и _a - амплитуды цикла; f(t) - некоторая непрерывная периодическая функция, изменяющаяся от +1 до -1


Если среднее напряжение цикла (_m, _m) равно нулю, то цикл называется симметричным, если оно отлично от нуля, то цикл носит название асиметричного (или несимметричного). В симметричных циклах наибольшее (_max, _max) и наименьшее (_min, _min) напряжения равны по величине и противоположны по знаку. В асимметричных циклах максимальное и минимальное напряжения всегда имеют разную величину:
_max=_m+_a;
_max=_m+_a;
_min=_m-_a;
_min=_m-_a.
Степень асимметрии цикла принято выражать отношением нижнего (или минимального) напряжения цикла к верхнему (или максимальному) напряжению никла, взятыми с соответствующими знаками:
R=_min/_max; R=_min/_max.
Различные виды циклов напряжений и соответствующие значения коэффициентов асимметрии показаны на рис. 7.