基于示值球形压痕技术计算材料的力学性能的方法，是根据压痕响应与材料力学性能有一一对应的关系而确立起来的。这种方法的确立为无损便捷的获得材料的各个力学参数提供了一条重要的途径。虽然球形压痕法能够快速的计算出材料的各个力学性能参数，但是它在小深度比尺度(即小的h/R，h为压入深度，R为压头半径)下的压入还存在很多有争议的问题，这些问题有待进一步的研究。　　 本文对小深度比尺度下的几个热点问题用有限元模拟的方法进行了研究，并把研究的范围扩展到了大深度比尺度。另外，本文还重点对Ogasawara等人和Cao等人的计算方法进行了三个方面的改进。通过有限元模拟，本文的研究结果如下：　　 1.在小深度比尺度下，应变硬化指数n值对P-h曲线有很重要的影响，应变硬化指数越大，压入某一深度所需的载荷也越大。应变硬化指数还直接影响压头周围材料的流变特征，当n<0.3时，n值越小，压痕周围的凸起现象越明显。当n>0.3时，n值越大，压痕周围的凹陷现象越明显。中途加卸载对P-h曲线没有影响，即使是对具有加工硬化的材料，因而它不影响基于球形压痕技术的P-h曲线对材料力学性能的评价。材料的初始屈服强度σy对压入到相同深度时所需的载荷影响很大：初始屈服强度越大，所需的载荷也就越大，两者之间呈很好的三次方关系。Tabor的关于低碳钢在α/R约为0.1时进入全塑性以及Pm=2.8σy的结论，是一种仅适用于接近理想状态的近似值。　　 2.通过研究大深度比尺度下材料的P-h曲线特征发现，只有压入深度比h/R大于0.4以后，才能得到不同材料的P-h曲线相互分离的结果，从而保证由P-h曲线计算材料性能得到唯一解。摩擦系数对P-h曲线有一定的影响，这种影响只在较大的h/R情况下才表现出来：h/R越大，影响越明显。摩擦系数对P-h曲线的影响大小还与材料的硬化指数n值有关：n值越小越明显，较大的n值情况下，摩擦系数开始影响P-h曲线时的h/R就越大。压头的柔度随着压入深度的增大而增大，增大到一定程度趋于平缓。压头柔度同时受n值的影响，n值越大，相同深度下的压头柔度也就越大。　　 3.研究发现Ogasawara等人以及Cao等人利用P-h曲线计算材料塑性性能的方法在大深度比尺度下并不适用，因此对这两种方法进行了三个方面的改进。1)由于发现了深度比h/R=0.3之前P-h曲线的重合现象，因此我们采用了更大尺度的深度比(h/R=0.4)下的压痕响应来计算材料的塑性性能。2)对于弹性模量明显不同的合金钢、铝合金、钛合金这三类常见工程结构材料，Ogasawara等人提出的W/[h3σr(1+s·n)]与E*/[σr(1+s·n)]的关系曲线和无量纲函数不能很好地重合成一条关系曲线，因此必须对这三种工程材料分别确定各自系数，使得计算方法更具有针对性并且更加精确。3)由于在大深度比尺度下不能得到独立于硬化指数的无量纲函数，在Ogasawara和Cao的两种计算方法中都引入了新的反映加工硬化效应的球因子Sf，使得无量纲函数独立于硬化指数。通过逆向计算材料的塑性性能来对改进的方法进行验证，发现改进的方法与已有方法相比，计算精度进一步提高，误差进一步减小。