在机械制造、加工和构件表面处理等过程中,不可避免地会引入残余应力。在实际服役环境中,残余应力还会发生进一步的演化发展,直接影响着材料或构件的性能,进而威胁着生命和财产安全。因此,研究残余应力的快速、准确测量方法具有重要的工程实用价值。压痕法用于残余应力测试时,具有操作方便、对试件损伤小等优点。但是,传统的基于载荷—位移曲线的残余应力测量方法不够准确。本文研究了基于压痕隆起高度来获得残余应力大小和方向的测量方法。通过有限元模拟和实验相结合,重点研究了残余应力沿深度非均匀分布、面内应力大小和方向如何确定等关键问题。本文的主要研究内容和结论如下:1、指明了基于压痕隆起高度的残余应力测量方法的压头类型和适用对象,模拟验证了基于压痕隆起高度可以获得残余应力大小。结果表明,隆起高度作为压痕形貌响应量具有较高的灵敏度;球形压头比锥形压头的隆起高度更明显;压痕卸载后的隆起高度受到材料的屈服强度影响较小,而受硬化指数和弹性模量的影响较大;硬化指数大于0.3或弹性模量超过400GPa的材料不建议使用本方法。2、系统分析了沿深度非均匀分布残余应力对基于球形压入残余应力测量方法的影响。研究结果表明,材料表层残余应力是引起压痕隆起高度的主要因素;当压入深度超出0.3mm之后,由于残余应力分布形式所带来的误差在3%以内;表面以下0.6mm深度之外的残余应力对于压痕卸载后的隆起高度基本无影响。3、设计了可实现任意二向应力状态的加载装置,搭建了实验测试平台,开展了多种二向应力状态的压痕实验,并与三维有限元模型作对比。结果表明,平面任意二向应力状态下,压痕最大隆起高度与面内的两个主应力方向相对应,由此可以判断主应力方向;多种二向应力状态的压痕实验结果与有限元模拟结果相一致,证明了利用压痕隆起高度实验实现二向残余应力测量的可行性。