热机械疲劳（thermomechanical fatigue; TMF），工学-机械工程-机械工程基础-机械设计-机械强度学-结构完整性-高温强度学，循环机械载荷和温度载荷联合作用下材料和零件形成的疲劳损伤。高温零件长期在循环加热和冷却瞬态工况下运行，如汽车发动机的活塞、涡轮发动机的叶片等，其工作应力来自变化温度载荷以及循环机械载荷。热应力起源与热膨胀和冷收缩，热应力和零件约束和温度梯度直接相关，随着温度提高，零件内部温度变化加剧，导致热应力大幅提高，使热应力成为高温零件服役寿命的主要因素。此外，材料在不同温度区域呈现不同的破坏机理，热疲劳和机械疲劳机理组合形成材料损伤演化的改变。许多试验表明，热机械疲劳不同于常规恒温疲劳损伤，其疲劳寿命可能远低于高温疲劳，解决热机械疲劳问题成为高温零件设计的关键技术。