現(xiàn)代機械的壽命預測已從傳統(tǒng)的安全系數(shù)法發(fā)展到基于斷裂力學的損傷容限設(shè)計，其核心在于疲勞裂紋擴展行為的精準預測。

高周疲勞分析采用應力-壽命法。對于表面拋光試樣，其S-N曲線遵循Basquin方程：σ_a = σ_f*(2N_f)^b。在實際零件設(shè)計中，需通過 Peterson公式引入尺寸系數(shù)、表面加工系數(shù)和應力集中系數(shù)。以發(fā)動機曲軸為例，其過渡圓角處的理論應力集中系數(shù)Kt=，經(jīng)噴丸強化后的疲勞強度提升系數(shù)Kf可達，使設(shè)計壽命從80萬次循環(huán)提升至200萬次。

低周疲勞則需采用應變-壽命法。Coffin-Manson方程Δε_p/2 = ε_f*(2N_f)^c 描述了塑性應變幅與壽命的關(guān)系。在有限元分析中，通過彈塑性本構(gòu)模型（如Chaboche模型）計算關(guān)鍵部位的應變歷程，再結(jié)合雨流計數(shù)法進行循環(huán)計數(shù)。某風力發(fā)電機齒輪箱軸承座的疲勞分析顯示，其設(shè)計壽命受制于2000次極端風載引起的塑性應變累積。

斷裂力學為損傷容限設(shè)計提供理論框架。對于檢測出的初始裂紋，通過Paris公式da/dN = C*(ΔK)^m 預測其擴展速率。NASA的NASGRO軟件集成了包括裂紋閉合效應在內(nèi)的擴展模型，對航空鋁合金的裂紋擴展預測誤差小于15%。新的相場斷裂模型通過引入裂紋相場變量，可模擬復雜載荷下多條裂紋的相互干涉行為。

智能監(jiān)測技術(shù)使實時壽命預測成為可能。在高速列車的轉(zhuǎn)向架上，布置的FBG光纖光柵傳感器以2000Hz采樣頻率監(jiān)測應變能密度，結(jié)合Miner線性累積損傷理論，每運行5000公里自動更新一次剩余壽命預測，準確率達92%。