金属材料的弹塑性力学性能在工程应用和日常生产生活中十分重要,大到桥梁建筑,小到微纳米材料等,通常使用单轴拉伸法去测量这些金属材料的应力-应变曲线,进而确定金属材料的弹塑性力学性能。随着材料的尺寸变得越来越小,传统的单轴拉伸法已经不能满足对于小尺寸金属材料的测量。于是,压痕法提取材料的力学性能得到了发展,从压痕法中获得一系列力学参数,如:硬度、弹性模量、界面结合能等信息,而且已有研究尝试从这些参数提取出应力-应变曲线,但是相关的理论研究比较复杂且缺乏工程应用的可行性。为了解决由压痕法获得金属材料应力-应变曲线的问题,本论文从量纲分析出发,通过有限元数值模拟,成功获得了压痕过程参数与应力-应变曲线之间的量化关系,取得的创新性研究成果主要有:1、针对工程应用领域广泛使用的维氏压痕,通过量纲分析和有限元数值模拟计算,通过1200多组金属材料的压痕理论运算和数学公式拟合,成功得到了三个无量纲函数的具体表达式,并对其反推结果的可靠性进行了数值模拟验证,误差可以控制在5%左右。对于不同的材料,即使弹塑性指标完全不同,只要无量纲变量σ_y/E和n相同,则压痕的形貌完全相同。2、从压痕硬度的尺度效应出发,将应变梯度塑性理论引入ABAQUS有限元子程序,对三种特定材料进行数值模拟计算,通过三个无量纲函数П₁、П₂和П₃进行反推分析,成功得到了考虑尺度效应条件下三种材料的弹塑性力学性能。以Ag的压痕过程为典型案例,系统分析了弹性模量、屈服强度和硬化指数随压痕尺度的演化关系。结果发现弹性模量和硬化指数对压痕尺度的敏感度相对较低,而屈服强度具有强烈的尺度敏感性,证实了应力-应变曲线也具有尺度效应。通过压痕硬度与屈服强度的关系,成功利用Nix-Gao模型对反推得到的弹塑性力学性能进行了刻画。3、从力学理论出发,推导了形貌相同和形貌相似两个推论,再结合这两个推论,进一步研究了载荷位移曲线和压痕形貌的规律,更加深入地了解了压痕过程中的力学行为。通过量纲分析和有限元模拟计算,检验了形貌相同和形貌相似的存在。并对文献中描述卸载曲线的函数进行了对比讨论,还研究了压痕法中无量纲参数泊松比的敏感性。