摩擦学作为一门基础交叉技术学科,受到研究人员的广泛关注,取得丰富的研究成果。摩擦学的研究需要综合多种手段才能解决,当前有些问题尚未完全观察透彻,实验研究对摩擦学至关重要。在实验方法上,人们提出不同的实时在线观测技术分析摩擦学中的问题。本文应用光弹性技术对摩擦学实验问题进行深入研究,结合数值计算方法进一步的分析该问题的机理。光弹性技术作为一种实验应力分析方法。本文介绍了光弹应力分析的基本原理,介绍了RGB光弹应力测量分析方法,并结合摩擦学实验中若干问题的特点,提出了基于相对光强法的分析接触区域内光弹干涉图像中主应力差的测定,通过光弹干涉条纹的级次,推导其主应力差的计算公式,该方法可简便的测定接触区域主应力差值。根据光弹性原理,研制了线接触运动光弹实验平台,涉及到其机械装置,光学元件和图像采集系统进行系统的分析设计,为实验提供稳定可靠的分析平台。针对摩擦学实验中的问题,采用该实验平台同时结合数值分析手段进行了深入研究。首先,通过光弹性技术分析涂层基体接触状态下亚表层应力分布。通过制备光弹性涂层基体材料试样,在研制的线接触运动光弹实验平台上进行试样与圆柱静接触分析,采集到光弹干涉图像,通过RGB光弹法可确定其主应力差;其次建立有限元模型分析涂层基体接触过程中次表面下的应力分布。从实验和有限元分析的结果发现:随着涂层厚度的减少,最大应力出现在基体内;在涂层基体结合处,应力变化大,将影响着涂层基体结合强度。然后,采用光弹性实验分析了软弹流润滑性能。通过研制的线接触运动光弹实验平台进行弹流润滑性能的实验,主要分析了在不同速度和载荷作用下的软弹流润滑状态下的应力分布。在实验方法上可实时在线地观测到应力分布,为弹流润滑的应力分析提供了一种实时在线的实验分析手段。采用数值建模计算求解弹流润滑下的油膜厚度,压力以及接触应力分布。发现材料的弹性模量较小情况下,润滑接触状态转变软弹流润滑,亚表层应力分布偏移油膜出口区。最后,通过光弹性技术研究了在磨损过程中接触亚表层应力分布。通过线接触光弹实验平台进行干摩擦磨损实验,实时地采集了磨损过程中接触区域亚表层光弹干涉图像。通过三维表面轮廓扫描表面磨损痕迹分析其磨损情况。在数值方法上,建立磨损计算模型,通过快速傅里叶变换和共轭梯度法求解接触压力,从而依据Archard模型确定磨损过程中的磨痕变化、每个时段接触压力和亚表层应力的变化也可确定。进一步,进行了往复式磨损过程的光弹观测,通过实验技术上分析了在往复式磨损过程中,亚表层的应力分布和表面粗糙形貌的演变,探索磨损过程的机理。