피로파괴 (疲勞破壞, fatigue failure)

하중, 변위 또는 열응력 등의 반복에 의하여 재료가 손상(균열의 발생 또는 파단 등)하는 현상을 피로파괴라 한다. 기계부품이나 구조물의 용접부 근처에 생기는 균열은 반복하중에 의한 피로가 원인이 되어 발생하는 경우가 많다. 피로파괴 초기에는 차축 등과 같은 금속재의 부품에서 발견되기 시작하기 때문에 금속피로라고 불렸지만, 현재에는 콘크리트나 세라믹 등의 비금속재료에서도 피로파괴가 발생하는 것으로 알려져 있다. 고체재료에 반복응력을 연속해서 가하면 인장강도보다 훨씬 낮은 응력에서 재료가 파괴된다. 이러한 현상을 재료의 피로라고 하며, 피로에 의한 파괴를 피로파괴라고 한다. 피로파괴의 특징은 미시적인 변형이 발생하여 파괴에 이른다. 이와 같이 서서히 진행되는 피로파괴를 초기단계에서 포착하기 위해 색조 감시(color check), 자분(磁粉)탐상, 초음파탐상, 방사선탐상 등이 이용되고 있다. 피로파괴는 일반적으로는 파단면에 조개껍데기 형상의 물결 모양이 나타나는 것이 특징이다. 조개껍데기 모양의 파단면은 피로에 의한 파괴의 진행상태를 제시하기 때문에 균열의 기점을 찾아낼 수 있다. 기계 및 구조물의 파손사고 예에 의하면 고온피로, 부식피로, 프레팅 피로(fretting fatigue) 등을 포함한 피로에 의한 사고가 약 60%를 점하고 있다고 한다. 불안정 파괴가 약 20%를 점하고 있지만 불안정 파괴 중 많은 부분이 초기결함이 반복하중에 의하여 피로균열이 진전하여 균열이 한계치수에 도달한 시점에서 불안정파괴를 일으키고 있음으로 손상 파괴 중 약 80%는 피로와 관계가 있다고 한다.