连续球压痕方法因其具有易操作性、非破坏性以及适用于局部薄弱区域等特点适用于现场在役设备金属材料力学性能的无损检测,其结果的准确性已得到广泛认可。然而在现场压痕试验中可能遇到特殊的测试条件,例如被测试样厚度过薄和可压入的表面区域受限等,这类试验因素将对压痕测试结果造成何种影响以及如何消除这类影响是研究人员所关心的。对于工程中应用较为广泛的幂硬化和线硬化型金属材料,如何在压痕参数计算过程中对这两类材料进行区分以及如何选择合适的本构关系对计算结果进行拟合同样值得关注。因此本文开展了连续球压痕试验和有限元仿真研究,分析试验因素和压痕参数对压痕结果的影响,并对幂硬化和线硬化金属材料拉伸性能的表征过程进行研究,得到材料本构关系的判断与选择方法。本文对压痕参数表征方法进行研究。确定了计算接触刚度时拟合数据的选取范围以及计算方法:选取每个卸载段100%~85%最大压痕载荷范围内的压痕载荷-深度数据,先根据Doerner-Nix方法确定参数初值后再通过Oliver-Pharr方法进行拟合,循环迭代至两次结果间的偏差小于设定误差后输出最终结果;比较分析了不同表征应变公式的计算结果,得到表征应变的最佳表达为Kwon根据球压痕接触边缘剪切应变的定义;研究发现弹性模量的计算值随压痕深度的增加而逐渐偏离真实值,取前三个循环结果的平均值能够得到较为准确的结果。开展了连续球压痕试验研究,与单轴拉伸试验结果的对比验证了本文采用的加卸载循环次数、卸载比和最大压痕比等参数的适用性。在此设定基础上开展了试验参数对压痕结果影响的研究,对比分析不同压头加载速率、压头中心与试样边界距离和试样表面粗糙度下的压痕结果,结果显示:球压头最大加载速率应小于1mm/min;压头中心与试样边界的距离应大于1.1mm;试样表面至少使用800目砂纸进行表面预处理,推荐打磨至1200目砂纸。使用ABAQUS对连续球压痕过程进行三维有限元建模,研究了单元网格的划分和接触面摩擦系数的设定对仿真结果的影响。与二维建模、压痕试验及单轴拉伸试验结果进行对比,验证了该方法的准确性。对压痕结果影响因素进行仿真研究,以6061铝合金材料作为研究对象,得到了影响压痕结果的临界试样厚度为四倍压头半径,提出了使用修正因子和附加基材的方法来提高被测试样厚度过小时压痕结果的准确性。影响压痕结果的临界压入间隔为三倍压头半径,提出了当压入间隔过小时选取后段数据点进行拟合来提高压痕结果的准确性。综合分析单个压痕点的影响范围,根据影响程度划分三个区域,为连续球压痕现场试验的测试区域选择和测点布置提供了一定参考。本文最后对铝合金及不锈钢材料进行压痕试验,分别验证了表征幂硬化和线硬化金属材料拉伸性能方法的有效性和准确性。并根据这两类材料的应力-应变特性,提出了根据相邻表征应力-应变点间斜率的变化趋势作为判断典型幂硬化/线硬化材料硬化特性的办法。并对921A钢的进行未指定材料本构关系类型的压痕“盲测”,压痕试验结果与单轴拉伸试验结果吻合良好,验证了该判断方法的可行性。