热机械疲劳是周期性机械载荷的叠加，其导致材料的疲劳 ，具有周期性热负荷。 在构造涡轮发动机或燃气轮机时，热机械疲劳是需要考虑的重点。
失败机制
在热机械疲劳中有三种作用机制
· 蠕变是高温下的材料流动
· 疲劳是由于重复加载导致的裂纹扩展和传播
· 氧化是由于环境因素导致的材料化学组成的变化。 氧化材料更脆并且易于产生裂缝。
每个因素或多或少都具有取决于加载参数的效果。 在相（IP）中，热机械负载（当温度和负载同时增加时）由蠕变控制。 高温和高应力的结合是蠕变的理想条件。 被加热的材料在张力下更容易流动，但在压缩下冷却并变硬。 异相（OP）热机械负载主要受氧化和疲劳的影响。 氧化会削弱材料的表面，产生裂缝扩散的缺陷和种子。 随着裂纹的扩展，新暴露的裂纹表面随后氧化，进一步削弱材料并使裂纹延伸。 当应力差远大于温差时，在OP TMF加载中出现第三种情况。 在这种情况下，单独的疲劳是导致失效的原因，导致材料在氧化可能产生很大影响之前失效。
TMF仍未完全了解。 有许多不同的模型试图预测经历TMF加载的材料的行为和寿命。 下面介绍的两种模型采用不同的方法。
模型
为了理解和解释TMF，已经开发了许多不同的模型。 本页将介绍两种最广泛的方法，组成和现象学模型。 本构模型利用当前对材料微观结构和失效机理的理解。 这些模型往往更复杂，因为它们试图将我们所知道的关于材料如何失效的所有内容纳入其中。 这些类型的模型最近变得越来越流行，因为改进的成像技术允许更好地理解失效机制。 现象学模型完全基于观察到的材料行为。 他们将确切的失败机制视为一种“黑匣子”。 输入温度和负载条件，结果是疲劳寿命。 这些模型试图拟合某些方程以匹配不同输入和输出之间的趋势。
伤害累积模型
损伤累积模型是TMF的本构模型。 它将疲劳，蠕变和氧化三种失效机制的损坏加在一起。
Nf是材料的疲劳寿命，即失效前的加载循环次数。 每个失效机理的疲劳寿命单独计算并组合以找出试样的总疲劳寿命。
疲劳
针对等温负载条件计算疲劳寿命。 它受到应用于试样的应变的支配。
C和d是通过等温测试发现的材料常数。 请注意，该术语不考虑温度影响。 温度的影响在氧化和蠕变条件下进行处理。
氧化
氧化的寿命受温度和循环时间的影响。
通过比较在空气中和没有氧气（真空或氩气）的环境中进行的疲劳测试，可以找到参数。 在这些测试条件下，已经发现氧化的效果可以将样品的疲劳寿命降低整个数量级。 较高的温度会大大增加环境因素造成的损害。
蠕变
效益
损伤累积模型是TMF最深入，最准确的模型之一。 它解释了每种失败机制的影响。
缺点
损伤累积模型也是TMF最复杂的模型之一。 必须通过大量测试找到几个材料参数。
应变率分区
应变率分配是热机械疲劳的现象学模型。 它基于观察到的现象而不是失效机制。 该模型仅处理非弹性应变并完全忽略弹性应变。 它解释了不同类型的变形并将应变分解为四种可能的情况：
· PP - 塑料在拉伸和压缩
· CP - 在拉伸和塑料压缩时蠕变
· PC - 塑料在拉伸和蠕变压缩
· CC-在拉伸和压缩中蠕动
计算每个分区的损坏和寿命并将其组合在模型中
效益
应变率分区是比损伤累积模型简单得多的模型。 因为它将负载分解为特定方案，所以它可以考虑加载的不同阶段。
缺点
该模型基于非弹性应变。 这意味着它不适用于低非弹性应变的情况，例如脆性材料或具有非常低应变的负载。 这种模式可能过于简单化了。由于它无法解释氧化损伤，因此在某些负载条件下可能会过度预测样品的寿命。