在交通、电力、航空等基础设施中，结构故障往往源于长期反复应力导致的疲劳损伤。这种损伤从微观裂纹开始，逐渐扩展为断裂，是工程可靠性的主要挑战。传统方法依赖安全系数和定期维护，但增加了成本和停机时间。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校格兰杰工程学院的研究人员提出了一种新策略，通过设计金属的变形行为来提升抗疲劳性能。项目负责人Jean-Charles Stinville表示：“交通、太空和能源都创造了存在疲劳风险的环境，对安全和可持续性都构成了挑战。”传统合金开发注重强度最大化，却可能恶化疲劳性能，因为变形集中在局部区域形成裂纹。

该团队开发了动态塑性去局域化机制，使塑性变形均匀分布在材料中，而非局域化。Stinville解释：“在合金中，塑性变形倾向于局域化到离散区域，这些区域最终成为疲劳裂纹萌生的优先位点。”通过操纵微观结构，材料持续重新分配应变，避免单一位置积累损伤。

为了验证这一概念，研究人员采用自动化高分辨率数字图像相关技术，在循环载荷下映射大面积变形。Stinville指出：“直观上，将塑性变形均匀分布以减少局域变形的影响是有道理的，但实验证明则是另一回事。”测量显示分布式变形模式，试样抗疲劳时间显著延长。

结合计算建模，团队分析了原子化学和排序对变形路径的影响。模型表明特定原子排列促进协同运动，使位错在整个结构中重组，从而在损伤积累前耗散能量。这建立了成分、原子排序和疲劳抗力之间的因果关系，将疲劳转化为可设计参数。

如果应用于工业合金，这种抗疲劳金属新材料可显著提升基础设施耐久性。在运输、航空和能源领域，抗疲劳金属新材料能减少维护周期、提高效率并降低隐含碳。Stinville强调：“涉及高温或辐射的结构应用需要抗疲劳材料，我们的工作展示了如何设计实现这一点的金属合金。”抗疲劳金属新材料这项研究挑战了传统冶金理念，转向损伤分布而非消除，为更智能、耐久的工程材料开辟道路。