众所周知，金属材料是一个国家工业、农业以及国防军工设备的主要用材。材料在服役过程中受到载荷与环境的影响会产生多种失效形式，容易造成重大的经济损失甚至带来灾难性的事故。疲劳破坏作为金属材料最主要的一种失效形式，与单纯的拉伸/压缩、弯曲、剪切等静载荷作用下的失效是完全不同的，它是一种潜在的失效形式，往往具有很大的突发性，一旦发生，造成的损失往往都是灾难性的。因此对于疲劳破坏的研究引起了越来越多科学工作者的重视。然而，疲劳失效是一个复杂的问题，涉及到众多学科，包括应用数学、力学、材料科学、金属物理等等，而且至今尚未建立起明确的数学模型。因此研究疲劳破坏只有通过疲劳试验来进行。可以说疲劳试验机是对于材料疲劳性能的研究中必不可少的设备。传统的疲劳试验机多是基于宏观试件进行设计，以得出疲劳寿命曲线为主，观察断口的微观形貌需要等到试验结束之后，无法对试件进行实时观测，自然对疲劳失效的本质分析也无法做到准确而全面。总体上来说还存在试验周期长、能耗高和无法原位观测等缺点。本文通过对国内外疲劳测试装置与测试手段的分析，结合原位微疲劳测试仪的尺寸需求，选择压电陶瓷作为驱动，研制了一套压电致动型原位微疲劳测试装置。该装置体积小巧、结构紧凑、能够与多种观测设备兼容。可用于对在微动载荷作用下的毫米级试件或含有夹杂物的金属试件的原位观测，从微观角度分析疲劳失效的规律，解决传统疲劳测试装置以测试寿命曲线为主而导致的测试周期长和能耗高的问题。同时本装置与金相显微镜配合使用可以在材料的疲劳测试过程中进行实时观测，从微观角度对材料进行分析，研究疲劳失效的规律，解决了传统疲劳装置无法实现对材料试件进行实时观测的问题。本文主要研究的内容有：设计一套压电致动型原位微疲劳测试装置，建立了整机三维模型：包括预紧单元、疲劳致动单元、夹持单元及信号检测单元。对各个单元部件的工作原理进行了分析并且对尺寸进行了计算完成选型。对装置整机进行了有限元分析得到了装置的固有频率与应力应变分布，对关键零部件进行了进一步分析优化其结构尺寸。对所加工的零部件进行了装配、调试。根据力传感器与采集卡的型号及相应参数选择适和的放大器，并完成接线与电路连接。对装置的输出特性进行了测试，包括对压电的滞环、有效行程以及柔性铰链的响应速度等测试。测试了材料在弹性阶段、塑性阶段及颈缩阶段的载荷谱，验证了装置的可用性，并用装置对AZ31B镁合金、6061铝合金、铜铝复合板进行了重复性原位疲劳测试，得出了材料在拉伸疲劳下的疲劳断裂微观过程以及相应的断口形貌。发现了不同材料在微动循环载荷下其内部结构变化的相应规律：AZ31B镁合金在常温下受到交变载荷而发生的疲劳断裂，断口有明显的脆性材料特征，6061铝合金的断口仍表现为塑性，铜铝复合板的变形有严重的不同步现象，并且整体呈现塑性特征。一系列实验结果表明，本装置能够进行原位疲劳测试并且性能稳定。