随着微纳制造技术的发展、薄膜材料的广泛应用，准确衡量材料在微纳米尺度下的力学性能成为一个重要的研究方向。硬度是衡量材料综合力学性能的一个非常重要的参数。微纳米尺度下材料硬度测量结果受到实验条件、材料微观结构以及尺寸效应的影响，因此急需对材料微纳米硬度计算与评价进行分析研究。采用ABAQUS有限元软件分析对比常用的硬度测量方法，包括OP（Oliver-Pharr）法、面积法、压痕功法等，解释同一模型在不同硬度计算方法下计算结果存在差异这一现象产生的原因，对合理选取材料硬度计算方法进行了探讨。材料凸起和凹陷现象是影响硬度计算值的一个重要因素，分析常用工程材料存在凸起凹陷现象时，OP法和压痕功法计算的硬度结果的差异。通过建立压痕残余应力模型与分析，推导压头存在圆弧半径以及材料表面存在倾角时的硬度计算模型。结合仿真结果和Hertz理论分析了残余应力状态、压头圆弧半径、材料表面与水平方向倾角对材料硬度计算值的影响，并对不同计算方法对这些影响因素的敏感性进行了探讨。基于Maxwell粘弹性理论建立压痕蠕变有限元模型，分析了压痕蠕变现象对材料硬度值测量产生影响。探讨了不同加载速度、不同保持时间对材料载荷-压深曲线的影响，以及蠕变材料采用不同硬度计算方法计算硬度值的差异。通过建立软膜/硬基体和硬膜/软基体模型，分析薄膜材料与块状材料变形行为之间的不同。结合薄膜中弹塑性区域随相对压深的变化过程，分析了基体效应对系统综合硬度值的影响，对比了不同硬度计算方法在计算纯薄膜硬度值的差异。研究结果表明对于加载过程存在凸起的材料，压痕功方法是一种可靠的计算材料微纳米尺度下表层硬度值的方法。该方法对工程实际中材料表面的残余应力状态、压头圆弧半径、材料表面与水平方向倾角均不敏感，而且在应用于计算蠕变材料及软膜/硬基体系统的硬度较OP法具有优势。