近年来,薄膜和涂层技术越来越多的在材料的表面功能方面发挥关键作用,现代工业对这些材料的使用也越来越广泛。这些薄膜和涂层的厚度一般在纳米或微米层级,传统的测试方法无法获取其力学性能。对于材料在微观尺度上表现出来的不同力学性能的研究,促使纳米压痕测试技术进一步发展。纳米压痕硬度测量技术具有分辨率高、对材料破坏小、成本较低等优点,尤其适用于薄膜和涂层材料的力学性能测试。随着纳米压痕技术作为科学研究手段和工程测量工具被越来越多的使用,研究人员在广泛的材料纳米硬度测试中发现材料的硬度随着压头尺寸或压痕深度的减小而增大的现象,这一现象被称为纳米压痕尺度效应(ISE)。一般认为,材料的ISE现象,是材料本身特点、表面摩擦、表面形貌、接触效应、材料氧化等多种因素共同作用的结果。本文通过MATLAB采用数值方法模拟生成了具有不同表面形貌参数的高斯分布随机粗糙表面,计算了用于描述表面粗糙情况的粗糙度参数。通过ABAQUS自带的双层黏弹塑性材料建立了描述高分子材料力学性能的黏弹塑性材料模型,并进行了纳米压痕实验仿真。得到了表面粗糙度对材料硬度的影响规律,提出了基于表面形貌参数的纳米压入表征模型。基于纳米压痕实验仿真分析,对比平坦表面和粗糙表面的仿真结果,表面粗糙程度对压头压入材料的过程有明显的影响。随着表面粗糙度的提高,表面受压过程中吸收能量和抵抗变形的能力增强,且由于表面的不平坦对使用经验公式对压头和表面的接触面积的计算产生了较大偏差。