材料的力学性能在材料的开发及应用中是重要的技术指标,通常应用相应的试验机对其进行测量。拉伸应力、应变测量是材料力学性能测量中一项,大多数材料拉伸试验机只能测量材料的工程应力、应变。对于材料真应力、应变的测量主要采用非接触测量方法,例如光测法、基于图像边缘检测技术和数字图像相关方法,后两者检测精度较高且基于数字图像相关方法的检测系统相对稳定。但目前应用上述技术的测量系统均独立于拉伸试验机而设计,且测量精度与实时性有待进一步提高。因此,本文设计开发了基于数字图像相关方法的小型非接触真应力应变拉伸试验机,并建立了基于权重函数的高斯曲面拟合算法。在对国内外材料真实应力应变拉伸测试技术与试验机的发展现状综述分析的基础上,提出了基于数字图像相关方法的小型非接触真应力应变拉伸试验机的总体设计方案,确定了试验机的主要参数以及驱动电机、减速器、滚珠丝杠等部件的参数与型号;设计了试验机的传动部分、相机支架等结构;应用CATIA建立了小型非接触真实应力应变拉伸试验机的整机模型;应用ANSYS软件对整机传动模块进行有限元分析。在拉伸试样过程中试验机应实时输出精确的测量结果,因此,对数字图像相关方法计算速度与精度有较高要求。本文针对上述问题提出了基于权重函数的高斯曲面拟合算法。该算法通过由权重函数建立的互相关函数求得整像素位移点周围9点待拟合相关系数,再由高斯函数拟合曲面的极值点获得亚像素位移。通过真实散斑的模拟实验验证了该算法的可行性与有效性。应用LABVIEW软件开发了试验机的数据采集、图像采集、分析计算及运动控制程序。整机程序采用模块化设计,主程序通过调用各个功能模块的子VI实现控制硬件的功能。最后,加工制造了本文研制的真实应力应变拉伸试验机,以7020铝合金材料为试样进行了拉伸实验,实验结果表明本拉伸试验机的测量精度达到了设计要求,控制系统较稳定。通过对实验测量结果的误差来源及原理分析,提出了试验机的改进方向。