現(xiàn)代機(jī)械的壽命預(yù)測(cè)已從傳統(tǒng)的安全系數(shù)法發(fā)展到基于斷裂力學(xué)的損傷容限設(shè)計(jì)，其核心在于疲勞裂紋擴(kuò)展行為的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。

高周疲勞分析采用應(yīng)力-壽命法。對(duì)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(shí)際零件設(shè)計(jì)中，需通過(guò) Peterson公式引入尺寸系數(shù)、表面加工系數(shù)和應(yīng)力集中系數(shù)。以發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸為例，其過(guò)渡圓角處的理論應(yīng)力集中系數(shù)Kt=，經(jīng)噴丸強(qiáng)化后的疲勞強(qiáng)度提升系數(shù)Kf可達(dá)，使設(shè)計(jì)壽命從80萬(wàn)次循環(huán)提升至200萬(wàn)次。

低周疲勞則需采用應(yīng)變-壽命法。Coffin-Manson方程Δε_(tái)p/2 = ε_(tái)f*(2N_f)^c 描述了塑性應(yīng)變幅與壽命的關(guān)系。在有限元分析中，通過(guò)彈塑性本構(gòu)模型（如Chaboche模型）計(jì)算關(guān)鍵部位的應(yīng)變歷程，再結(jié)合雨流計(jì)數(shù)法進(jìn)行循環(huán)計(jì)數(shù)。某風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱軸承座的疲勞分析顯示，其設(shè)計(jì)壽命受制于2000次極端風(fēng)載引起的塑性應(yīng)變累積。

斷裂力學(xué)為損傷容限設(shè)計(jì)提供理論框架。對(duì)于檢測(cè)出的初始裂紋，通過(guò)Paris公式da/dN = C*(ΔK)^m 預(yù)測(cè)其擴(kuò)展速率。NASA的NASGRO軟件集成了包括裂紋閉合效應(yīng)在內(nèi)的擴(kuò)展模型，對(duì)航空鋁合金的裂紋擴(kuò)展預(yù)測(cè)誤差小于15%。新的相場(chǎng)斷裂模型通過(guò)引入裂紋相場(chǎng)變量，可模擬復(fù)雜載荷下多條裂紋的相互干涉行為。

智能監(jiān)測(cè)技術(shù)使實(shí)時(shí)壽命預(yù)測(cè)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(cè)應(yīng)變能密度，結(jié)合Miner線性累積損傷理論，每運(yùn)行5000公里自動(dòng)更新一次剩余壽命預(yù)測(cè)，準(zhǔn)確率達(dá)92%。