连续球压痕法是一种操作简单,可以在服役现场对在役设备的金属材料力学性能进行测试的方法。与传统的拉伸力学性能试验相比,该方法能够实现服役设备力学性能的在线检测和小尺寸金属零部件局部区域力学性能的评价,具有十分广阔的应用前景。本文主要针对如何使用连续球压痕法表征金属材料的拉伸性能进行了研究,采用理论分析和试验研究相结合的方法,对金属材料的本构关系、强度性能、塑性指标和正交塑性各向异性参数进行描述。根据金属材料的类型和性能类别的不同,建立起了适当的评估模型,扩展了连续球压痕法表征金属材料的适用范围。本文的主要研究内容及成果如下：(1)系统研究了不同试验因素对球压痕试验曲线的影响,优化试验条件,使球压痕试验获得的试验曲线是被测金属材料的真实响应。球压痕试验的卸载曲线反馈了金属材料弹性变形的恢复,但其中还包含有与时间相关的塑性变形,讨论了该塑性变形对接触刚度测量结果的影响。用球压痕的塑性变形定义新的堆积或沉陷表征参数,通过有限元定量分析并建立了新堆积或沉陷参数与塑性参数的方程关系式。应用优化后的连续球压痕模型对常见的三种金属材料的本构关系和强度性能进行测量,并将结果与拉伸试验进行对比。结果表明,连续球压痕模型能够有效的计算金属材料的本构关系和强度性能。(2)由于金属材料的层错能存在着差异,在常见的金属材料当中除了有幂硬化型金属材料还有线硬化型金属材料。针对线硬化型金属材料,进行了模型修正。依据线硬化型金属材料的特点,建立线硬化型金属材料的本构方程式,并基于提出的本构方程式推导出其强度性能的计算方程式。应用修正后的连续球压痕模型对线硬化型奥氏体不锈钢的本构关系和强度性能进行分析,并将结果与拉伸试验进行对比。结果表明,修正后的连续球压痕模型能够有效的表征线硬化型金属材料的本构关系和强度性能。(3)针对连续球压痕求解金属材料塑性指标的问题,基于连续损伤力学的概念,在连续球压痕试验中引入损伤变量,将球压痕的损伤与金属材料的弹性模量关联起来并建立起损伤与压痕深度的关系,从而提出临界压痕深度h*的概念,用来判定金属材料发生失效的时刻。应用表征应变的概念,通过与临界压痕深度相对应的临界表征应变εR*来计算金属材料的断面收缩率Z。应用提出的连续球压痕塑性模型对三种材料的断面收缩率进行测量,并将结果与拉伸试验进行对比。结果表明,连续球压痕试验计算的结果误差在20%以内,说明了连续球压痕塑性模型的可行性。(4)针对连续球压痕求解金属材料正交塑性各向异性参数的问题,通过引入正交塑性各向异性参数屈服应力比m,将正交塑性各向异性模型进行简化。通过有限元模拟和试验验证的方式,对球压痕试验在正交塑性各向异性金属材料的响应进行了讨论。球压痕试验的压痕试验曲线对金属材料的正交塑性各向异性不敏感。球压痕试验的压痕形貌对金属材料的正交塑性各向异性敏感,通过引入参数hz/hx,即是z轴与x轴方向上的压痕深度比,建立起压痕深度比与正交塑性各向异性参数屈服应力比的关系式,从而能根据压痕的形貌对金属材料的正交塑性各向异性参数屈服应力比进行表征。