纳米压痕技术也称深度敏感压深技术,是一种先进的无损检测技术,可以有效地在纳米尺度下测量材料的力学性能,具有非常广阔的应用前景。纳米压痕技术的主要原理是测试压头作用在微/纳米尺度的小体积内,提取材料的力学响应,并根据获得的材料加载和卸载响应曲线(载荷—位移曲线)来研究材料的力学性能。随着数值技术的完善和提高,基于纳米压痕技术的反演测量法成为研究的热点,该方法主要是通过反向分析载荷—位移曲线进而获得材料更多的力学性能参数。本文首先系统地介绍了纳米压痕技术的基本原理,对其中涉及的实验装置、测试原理以及力学理论进行了分析。详细说明了基于纳米压痕技术的反演测量方法,利用量纲分析法得出影响实验结果的因素,并建立了MATLAB和ANSYS联合反演的半封闭测量方法,为本文的研究提供了理论和实践的基础。其次,利用ANSYS建立弹塑性材料的压痕实验模型并在反演测量中引入压痕轮廓信息。建立了球形、锥形压头的二维、三维几何模型,并对纳米压痕实验过程进行数值模拟,将数值模拟得到的数据与实验数据进行对比,验证了数值模型的有效性;分析了不同实验因素对压痕形貌周围凸起和凹陷现象的影响,并对球形、锥形压头作用下压痕形貌周围凸起和凹陷现象发生的规律进行分析;针对基于纳米压痕技术反演测量材料本构关系结果不准确、不唯一的问题,本文提出引入压痕轮廓信息来提高材料本构关系测量精度,通过实例证明引入压痕轮廓信息确实可以提高材料本构关系反演测量的准确性和唯一性。再次,提出多算法联合优化策略。对常用优化方法的原理进行介绍,并将各优化方法应用在纳米压痕反演识别的计算中。实验发现,优化反演分析过程中对目标函数的求解需要利用优化算法进行大量的迭代计算,单一的优化算法由于自身的缺陷通常陷入局部解或是求解时间长,导致计算结果不对或是计算效率低。为了解决上述问题,本文提出多种优化算法联合的优化策略,综合利用各优化算法的特点,提高反演计算的效率和精度。通过实例证明了本文所提出的多算法联合优化策略在材料参数反演测量中可以显著提高测量结果的精度和效率,对工程中类似的反演分析问题具有一定的借鉴意义。最后,以纯铜和纯钨为试样,通过纳米压痕设备获得载荷—位移曲线和三维压痕形貌等实验数据。对应地在反演分析法中引入压痕轮廓信息并应用联合优化策略对纯铜的材料参数进行反演识别,结果表明本文所建立的基于压痕实验的弹塑性材料本构反演分析法能高效、准确地对试样的非线性材料模型参数进行反演识别。