疲勞試驗可在復合材料結構設計過程中的多個點進行。然而，對小試樣水平疲勞試驗方法的關注表明，需要繼續進行試驗方法標準化。

 疲勞測試涉及對試樣或結構施加循環載荷。與單調測試不同，單調測試中載荷會增加直到失效，而疲勞測試所施加的載荷則在規定的最大和最小水平之間循環，直到發生疲勞失效，或者直到施加了預定數量的載荷循環為止。如果在規定的加載周期內沒有發生故障，則測試結果稱為跳動。

使用幾種不同的循環應力水平進行的多次疲勞測試的結果通常以交變應力的振幅Samp 與失效循環數N的關系作圖，通常稱為SN圖。圖中包括的所有疲勞測試均采用相同的加載循環內最小應力與最大應力之比進行，稱為循環應力比或R。對于拉伸-拉伸疲勞測試，通常使用R = 0.1的R比，而對于反向拉伸-壓縮疲勞測試，典型的R = -1.0的R比。疲勞試驗也被用來研究復合材料和結構的剛度和強度降低，這是由先前的循環載荷引起的。對于這些測定，應在規定循環次數的循環荷載下進行試驗，然后進行單調荷載直至失效。

疲勞試驗可以在復合材料結構設計過程中的多個點進行，其特征是測試物品的尺寸和復雜性不同。小試樣和簡單的單元級試驗用于確定復合材料和層壓板的疲勞行為，以及研究環境條件、應力集中和現有損傷對疲勞性能的敏感性。大更大更復雜的結構元件、子部件和全尺寸結構疲勞試驗通常作為復合材料設計的構建方法的一部分進行。由于更高級別的疲勞測試在廣泛的應用范圍內差異很大，因此本文將重點放在復合材料的小樣本級別的疲勞測試方法上，這些方法往往在許多應用中都很常見。

 在金屬疲勞中，單個裂紋或少量裂紋會合并會導致失效，與金屬疲勞相比，聚合物基復合材料（PMC）中疲勞損傷的形成和擴展更為復雜，通常涉及多種類型的損傷。在多向復合材料層合板中，疲勞損傷通常以基體開裂開始，然后是分層的形成和擴展，最后是纖維斷裂。因此，通常使用用于復合材料結構的多向層壓板而不是單向層壓板進行疲勞試驗。

 相對于單調加載下PMC的大量標準化力學試驗，目前針對疲勞加載的試驗相對較少。ASTM D34792于1996年首次標準化，用于拉伸疲勞試驗。所規定的標簽試樣幾何形狀與ASTM D30393中的單調拉伸載荷相同，范圍僅限于載荷或應變控制下的等幅疲勞試驗。主要測試結果是疲勞壽命（失效循環數），其與測試中使用的比應力振幅，R比率和環境條件相對應。

 彎曲疲勞試驗是復合材料最常見的樣品級疲勞測試之一，也是最簡單的測試之一。當前，還沒有標準化的PMC彎曲疲勞試驗方法。但是，ASTM D77744側重于非增強塑料的完全反向（R=-1）彎曲疲勞試驗，可作為將現有ASTM D72645 PMC彎曲疲勞試驗方法應用于彎曲疲勞的指南。試驗需要專門的測試夾具，包括額外的約束以及用于反向加載的雙加載輥。

ASTM D30.05結構測試方法小組委員會已經制定了兩個用于疲勞測試的標準規范。第一個是ASTM D7615 7，它提供了在循環拉伸或壓縮載荷下對復合材料層壓板進行開孔或“切口”試驗的指南。循環測試中使用的裸眼測試樣品和測試夾具與單調拉伸（ASTM 5766 8）或壓縮（ASTM D6484 9）加載的規定相同。

第二個標準實施規程ASTM D6873 10使用ASTM D5961 11中描述的四種軸承測試程序解決了復合材料的軸承疲勞響應單調加載。循環軸承試驗的特殊考慮因素包括去除因孔伸長相關損傷而產生的纖維基體碎片。在這些試驗方法以及其他復合疲勞試驗方法中，與疲勞損傷相關的靜強度降低可通過在規定的疲勞循環次數后中斷循環加載并隨后單調加載至失效來確定。

最后，可進行試樣級疲勞試驗，以研究疲勞載荷下現有損傷的擴展。ASTM D6111512提供了一種試驗方法，用雙懸臂梁（DCB）試樣確定在恒定振幅模式I（開口）循環載荷下分層擴展開始所需的疲勞循環次數。此外，雖然迄今尚未標準化，但沖擊后循環壓縮（CAI）試驗可按照ASTM D713713中提供的試驗方法進行，以評估預先存在的沖擊損傷對復合材料層壓板抗疲勞性的影響。

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