굵은 철사를 한번 구부렸다가 펴면 쉽사리 끊어지지 않지만 구부렸다가 펴고 다시 구부렸다 펴는 반복하중을 지속적으로 가하면 쉽게 끊어지는 것은 누구나 잘 알고 있다. 이러한 현상을 피로파괴(fatigue failure)라고 부르고, 끊어지기 직전까지 가한 반복하중의 횟수를 해당 물체의 피로수명(fatigue life)으로 정의하고 있다.
피로수명은 모든 제품의 설계에 있어 대단히 중요한 고려사항이지만 실험적으로 측정하기가 매우 어렵다. 왜냐하면 앞서 예를 든 철사와는 달리 대부분의 경우 피로수명에 도달하기 까지 실험을 수행한다는 것은 시간과 경비적인 측면에서 비현실적이기 때문이다.
예를 들어, 선박용 엔진은 대형 금속판들을 수 많은 용접작업을 통해 조립한 대형 조립체이다. 그리고 선박용 엔진은 거대한 피스톤의 회전운동에 따른 사이클(cycle) 하중을 지속적으로 받는다. 따라서 이러한 반복하중을 받는 엔진의 취약부인 용접부에서의 피로파괴는 곧바로 엔진의 수명과 직결된다.
하지만 선박용 엔진의 피로수명은 보통 20년이기 때문에 실험적인 방법으로는 측정이 불가능하다. 따라서 피로수명은 해당 재료의 S-N선도(S-N diagram)와 피로해석(fatigue analysis)이라 불리는 수치해석을 이용하여 예측하는 것이 일반적이다.
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