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近年来，纳米压痕技术越来越多地被用来表征聚合物、水凝胶和生物软组织等各种软材料的力学性能。但是传统的纳米压痕测试技术及力学分析方法主要是基于弹性接触理论发展起来的，难以有效地表征软材料在微纳米尺度下非线性和时间相关力学性能。软材料的压痕行为同时涉及几何、材料和边界非线性，开展软材料纳米压痕技术的基础理论研究具有重要的理论意义和应用前景。本论文主要结合压痕实验、理论分析和有限元模拟等方法研究表征软材料非线性或时间相关力学性能的压痕实验分析方法。研究内容包括以下几个方面: (1)基于软材料的微结构和变形响应特征，利用安捷伦Nano Indenter G200纳米压痕系统的反馈控制功能设计了表征软材料时间相关力学性能的纳米压痕测试方法，为后续的纳米压痕测试工作奠定了基础。 (2)建立了表征软材料超弹性力学性能的压痕实验分析方法。通过有限元模拟研究了典型超弹性软材料的微纳米压痕行为，分析了超弹性材料参数对其压痕行为的影响，探讨了利用纳米压痕技术表征软材料在大变形条件下力学性能的可行性;针对常用的超弹性本构模型，利用量纲分析和有限元模拟建立了联系超弹性材料压痕响应和材料性能之间关系的显式表达式，通过对数值和实验结果的分析验证了该方法的有效性。 (3)提出了表征软材料粘弹性力学性能的压痕实验分析方法。通过有限元模拟和纳米压痕实验研究了粘弹性接触模型在表征软材料时间相关力学性能中的可靠性和适用性，着重对影响软材料粘弹性力学性能表征的因素进行了分析和讨论;把有限变形粘弹性材料的压痕响应分解成应变和时间相关的两部分，建立了联系软材料压痕响应和非线性粘弹性力学性能之间关系的显式表达式;对环氧树脂、聚二甲基硅氧烷和血红细胞开展了纳米压痕实验，利用发展的分析方法分别提取了相应的粘弹性力学性能。 (4)发展了表征水化软材料时间相关力学性能的压痕实验分析方法。基于线性多孔弹性理论，发展了表征水化软材料时间相关力学性能的压痕实验分析方法;通过有限元模拟对该方法的可靠性进行了验证，表明该方法可以有效地提取水化软材料的力学性能和渗透系数;通过纳米压痕实验研究了水凝胶和人膝关节软骨的压痕载荷松弛力学行为，分别提取了相应的粘弹性和多孔弹性力学性能。