压痕测试作为近几年发展而来的一种新的测试方法,在获取材料力学性能上表现出了较大的吸引力,尤其是近年来在表征纳米材料的力学性能表征上得到了较高的重视。压痕测试方法的优点是试验测试过程不受试样体积的限制,且测试精度高。本文针对当前压痕测试技术主要集中在静态力学加载且测定的大都是与时间无关的力学参数上的不足,通过对时间相关压痕测试技术特点的分析,以研究压痕测试技术在获取材料时间相关力学特性为主线,采用理论分析、有限元模拟和试验验证相结合的方法,从力学与材料相结合的角度较为系统深入的研究了时间相关压痕力学测试理论基础、试验测试方法以及材料变形机理,主要取得以下几个方面的研究结果:　　1.系统研究了在多种疲劳载荷作用下的压痕疲劳响应,发现了压痕疲劳载荷-压入位移曲线中存在滞后环的现象,且滞后环不会闭合。证实了压痕棘轮现象与常规拉伸或压缩循环载荷下形成的应力应变滞后现象的相似性。同时,还证实了压入位移-循环数曲线在经历了初始的瞬态增加阶段之后,达到了一个稳态状态,即存在一个稳态压痕深度率。　　2.试验发现了压痕疲劳深度扩展与疲劳裂纹扩展之间存在相似性。即单纯过载和峰值欠载可以增加稳态压痕深度率,从而促进了压痕深度的扩展,而单纯欠载和峰值过载可以减小稳态压痕深度率,从而延迟压痕深度的扩展。且压痕深度的扩展加速和延迟程度与疲劳幅值过载程度以及过载循环数有关。这些都提供了压痕疲劳深度扩展与疲劳裂纹扩展相似的宏观力学基础;又因压痕疲劳深度扩展是压头下方和周围塑性区扩展和传播的宏观反映,且由塑性区的大小以及微观组织结构决定,从而进一步说明了两者相似的变形机理基础。　　3.提出了压痕深度扩展的塑性区残余应力模型,从动力学平衡的角度从发,揭示了稳态压痕深度扩展出现以及受疲劳载荷块影响而出现加速和延迟的机理是由作用在移动位错上的有效应力和施加的疲劳应力共同控制的结果。同时,从位错演化致滑移系开动的微观材料结构演化角度,提出了一个简化的平头压痕深度扩展位错模型。该模型将压头周围材料的变形分解为相互正交的滑移系,从滑移面开动以及移动方向的角度,解释了压痕深度的扩展以及堆积(pile-up)的形成基础,并与微观结构组织观察和宏观试验结果一致。　　4.建立了弹性各向均匀半无限大体材料的平头压痕疲劳载荷-压入位移之间的关系,它们是:。它揭示出平均弹性压痕深度的扩展是由压痕疲劳平均载荷引起的,而与疲劳载荷幅值无关。且当疲劳载荷的幅值远小于均值时,幅值引起的深度变化相对可以忽略,为目前在压痕测试技术中被广泛使用的连续刚度打点法(Continuousstiffnessmeasurements,CSM)测定材料的弹性特性提供了理论依据和分析基础。　　5.实现了压痕疲劳弹塑性变形的数值模拟。数值结果证实了压痕疲劳载荷-位移滞后环的存在,且不会闭合,与实验结果一致。同时表明压痕深度变化幅值仅仅与疲劳载荷幅值有关,而与疲劳载荷均值变化不明显,表现出与弹性压痕疲劳类似的变化规律。而压痕深度均值的变化与疲劳均值和幅值都有关,但对幅值的依赖性较强。另外数值模拟也证实了稳定压痕深度率的存在,且稳态压痕深度率与疲劳载荷之间的关系相似于疲劳载荷作用下裂纹扩展随疲劳循环数的演化特征。　　6.建立了表征稳态压痕疲劳深度扩展的一般规律,并得到了有限元和实验验证。对于平头压痕疲劳而言,稳态压痕深度率可以表示成压痕应力集中因子范围和最大应力集中因子的幂指数函数。且利用该函数还可以进行判定主导压痕深度扩展的内外部机理。　　7.提出了材料塑性变形的微观力学参数的压痕应力松弛试验测试方法,并得到了实验验证。试验发现压痕应力松弛曲线可以通过耦合了一个积分常数的幂指数公式进行描述。从压痕应力松弛曲线中可以获取反映材料塑性变形的位错速度应力指数、应变率敏感指数以及活化体积和活化自由能,且测定的这些参数与从传统单轴压缩应力松弛试验中获取的值近似一致。　　8.设计了一种新的超高温压痕弯曲蠕变试验装置。建立了利用这种新装置获取材料蠕变参数的理论模型,并得到了有限元验证。并基于Norton蠕变定律,提出了确定材料蠕变参数的两种测试方法,第一个方法为单独确定蠕变常数和应力指数,一般需要完成多个压痕弯曲蠕变实验才能达到目的。第二个方法为一种反向积分法,只需要两个独立的压痕弯曲试验即可。　　9.提出了压痕弯曲蠕变损伤模型。理论分析表明压痕弯曲蠕变损伤的演化规律表现出与传统拉伸蠕变损伤特征相似的特征,可以通过一个类似的K-R蠕变损伤方程进行定量描述。同时,还建立了压痕弯曲蠕变试样寿命理论评估公式,该公式预测的试样寿命与有限元模拟结果一致。