越来越多的研究致力于发展压电材料在微机电系统的应用。它们经常是以一种薄膜的形式存在,薄膜的厚度在纳米到微米量级。微机电系统的性能在加工和使用的过程中,由于接触加载会退化。在很多结构部件中应用的压电薄膜材料,尤其是航空部件,不可避免的在大应力和高温下工作,所以压电薄膜的本征的力学行为的确定是非常重要而且是首要研究的对象。在表征硬度和弹性模量方面,纳米压痕实验被公认为一种有效的实验方法。在本文中,首先在考虑压头的几何效应的条件下,压电薄膜的弹性模量被确定。其次,不同于先前的方法,基于压电本构关系推导出的对应于锥形压头的压电薄膜的压痕载荷-位移曲线被用来建立补充方程,其可以把压电薄膜的工程常数,压电常数以及介电常数与最大压痕加载力和最大压痕深度联系起来,进而压电薄膜的工程常数可以通过结合纳米压痕实验和有限元确定。本文的主要内容从以下三个方面展开:　　1.对于薄膜/基底系统的纳米压痕实验,由于基底效应和几何效应的影响,幂函数关系被提出来描述压痕过程的加载曲线。加载曲线指数、最大加载力和薄膜/基底系统的弹性性能、压头顶角的无量纲方程被建立,他们的具体形式通过拟合有限元模拟的结果确定。求解无量纲方程组,可以得到薄膜的弹性模量和真实的压头顶角。　　2.在考虑压电本构关系的情况下,提出了一种估算压电薄膜工程常数的模型。分析了压电压痕模型。在压电系数和介电常数看作已知的情况下利用压电压痕响应理论的边界值问题的解,确定了最大加载力与材料的工程常数之间的由压电本构关系导出的P-h曲线的显示解析式的补充方程,来联系实验数据与压电薄膜的工程常数。在无量纲分析的过程中,建立了最大加载力和加载曲线指数与归一化的工程常数之间的无量纲方程。　　3.在考虑压电本构关系的情况下,计算了压电薄膜的工程常数。在压电薄膜的压电系数和介电常数已知的条件下,通过结合纳米压痕实验和有限元模拟,压电薄膜的工程常数被估算得到。由压电本构关系导出的P-h曲线的显示解析式被作为补充方程,来联系实验数据与压电薄膜的工程常数。通过有限元软件在一个大的材料组合范围内模拟得到大量的数值加载曲线,并从这些曲线中提取出最大加载力和加载曲线指数,拟合最大加载力和加载曲线指数随着归一化的工程常数的变化曲线,可以得到无量纲方程的具体形式。压电薄膜的工程常数可以过联立无量纲方程和补充方程求解得到。对于所求结果的有效性进行了分析,通过把得到的工程常数的解代入到ABAQUS软件的得到了相应的数值加载曲线,通过与实验的加载曲线对比确定了工程常数的最优解。