作为表征和识别材料性能的有效方法,压痕测试方法一直是研究的热点和重点。它具有试件准备简单,对成形产品无损伤,不受产品结构尺寸约束,可以实现受压材料微小区域测试等优点,是一种表征和识别材料性能的新方法。本文主要研究了用球形压痕识别材料塑性各向异性性能的方法,主要研究内容和成果有:1.优化过去Yld91、Yld2004屈服准则的各向异性系数计算方法——选取特殊条件下的应力状态,简化系数计算表达式,构建简化后的非线性方程组,采用基于置信域的非线性最小二乘法求解。此计算方法不受迭代过程中的Jacobian矩阵奇异约束,收敛性稳定且计算效率高。2.分别将Yld91、Yld2004屈服准则与应力更新算法、Hollomon硬化法则、弹塑性率本构方程结合,构建Yld91、Yld2004屈服准则本构模型,通过有限元二次开发——UMAT子程序,分别将它们嵌入ABAQUS,然后验证了二次开发的正确性,同时提出了一个柔性、通用的本构模型二次开发结构模式。3.建立了三维球形压痕有限元模型,分别将Yld91、Yld2004屈服准则本构模型的UMAT子程序与球形压痕有限元模型进行模拟耦合;同时完成本文研究所需的仪器压痕实验,不同方向的单向压缩实验。4.针对板材材料模型,创新性地将高级的各向异性屈服准则本构模型通过UMAT子程序,应用到球形压痕有限元分析。基于有限元分析,改进理想点位置(2r/d且l/D)确定方法,将其拓展到各向异性情况:分别研究与轧制方向成多个夹角方向的等效应力、等效塑性应变的分布梯度变化以及摩擦对它们的影响,确定改进后的理想点位置可信域。在压入过程中,从改进的理想点位置识别塑性各向异性,分析识别结果,研究证明:在压入深度较浅的情况下,遵循Yld2004屈服准则的球形压痕比Hill48、Yld91更能敏感地识别塑性各向异性;在大应变情况,遵循Yld2004、Yld91屈服准则的球形压痕识别塑性各向异性比Hill48更适合、更精确,且Yld2004略优于Yld91;同时,各向异性情况下的理想点位置识别方法,它的有效性被证明。5.针对面外各向异性材料模型,提出新修正的扩展孔洞模型——既能表征压入过程中面外各向异性应力场、应变场、位移场,也能表征受压材料的凸起和凹陷变形行为。基于新的扩展孔洞模型修正塑性约束因子,以确定不同方向的应力-应变曲线,并与单向压缩实验应力-应变曲线进行对比;基于新修正的扩展孔洞模型和代表性应力-应变法,结合基于置信域的非线性最小二乘算法,提出新的性能参数反向分析计算方案,以确定塑性各向异性性能参数,并通过球形压痕有限元仿真、球形压痕实验分别进行验证。研究证明,新修正的扩展孔洞模型是正确的,新提出的性能参数反向计算方案是准确的、可靠的。