金属材料在制造、加工和表面处理的过程中都会不同程度地引入残余应力，而这些被引入的残余应力不但对材料服役性能（抗裂纹强度、抗疲劳强度、耐腐蚀性、静力强度等）有着重要影响，而且还影响着材料构件的尺寸稳定性和结构的安全性。因此，对工程材料表面的残余应力进行精确测量具有重大意义。本文主要研究内容如下：　　（1）建立了二维数值模型，获得了残余应力与材料屈服应力比值（σr/σ0）与压痕卸载后弹性恢复比（he/hmax）之间关系式；应用压痕卸载功获取被压材料的弹性模量、屈服强度和硬化指数等参数，相对误差均在6%以内。　　（2）设计并制作了残余应力加载装置，可实现单轴和等双轴的应力加载，为模拟多种残余应力状态的实验研究奠定了基础。实验结果表明，在主应力方向上，隆起高度与应力大小成正比。　　（3）建立了计算单轴和等双轴残余应力与最大隆起高度之间关系的有限元模型，分析了材料屈服强度、硬化指数以及接触条件对压痕形貌的影响；计算结果与实验研究相一致，两者的平均误差约为10%，表明该模型的有效性和可靠性。　　（4）提出了基于压痕隆起形貌的非等双轴残余应力测量方法。研究了面内残余应力比值变化时，面内压痕隆起形貌的变化特征，确立了最大隆起高度比与应力比值之间的关系；机理研究表明，残余压应力会抑制隆起高度的降低速度，卸载隆起高度对于残余压应力更为敏感。