高温、高压是现代过程工业面临的挑战,高温下服役装备的最主要破坏形式是蠕变。在蠕变过程中材料性能随时间发生劣化损伤,当损伤达到一定程度时,构件发生破坏。因此,准确地测试服役构件材料的蠕变性能和损伤程度是高温结构完整性评定必须解决的一个重要问题。通常情况下,可通过传统单轴蠕变试验测试材料的蠕变性能,但标准试样体积较大,所需材料较多,限制了其在服役构件材料测试中的应用,因此,为使取样对服役构件的破坏最小化,采用小试样蠕变试验技术成为近年来研究的热点。本文提出了三点弯、悬臂梁和固支直杆弯曲小试样蠕变试验方法,通过理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法,研究了三种小试样方法测量材料蠕变性能的可行性,主要研究工作及相关结论如下：(1)基于梁变形理论和连续损伤力学方法建立了三点弯、悬臂梁和固支直杆弯曲试样的稳态蠕变位移速率和蠕变断裂时间的解析模型,可以将小试样试验的载荷转换为等效单轴应力、蠕变位移速率转换为等效应变速率,实现了小试样蠕变数据同单轴数据的关联,为小试样方法测试材料的蠕变参数提供了理论基础；基于薄膜力学建立了固支直杆弯曲小试样的等效应力的半解析公式,在缺少单轴试验数据时,该式对于确定试验载荷是非常有用的。(2)耦合Kachanov-Rabotnov蠕变损伤本构方程,模拟了三点弯、悬臂梁和固支直杆弯曲试样的蠕变过程,结果表明,三点弯、悬臂梁和固支直杆弯曲试样载荷点位移随时间的变化曲线同传统单轴蠕变试验曲线非常接近,可分为减速、恒速和加速蠕变三个阶段；基于模拟结果,结合小试样的蠕变变形和损伤模型,反演了材料的蠕变本构方程参数,由该参数计算的蠕变应变数据同单轴试验值吻合较好,断裂时间同单轴试验值的趋势一致,从理论上验证了所建立的小试样蠕变变形模型和损伤模型是合理的,这三种方法可以用于测试材料的蠕变性能。(3)基于梁弯曲变形理论,分析了大变形对三点弯试样、悬臂梁试样和圆环试样测试材料蠕变变形性能的影响,基于梁的极限载荷分析提出的临界载荷法,经有限元和试验结果验证表明,可以有效地控制大变形效应,为上述三种试验方法的载荷选择提供了理论指导；摩擦的存在降低了试样的蠕变变形速率,摩擦系数越大,蠕变变形速率越小,摩擦对小试样蠕变位移曲线的影响同压头尺寸／试样标距段长度之比、试样的夹持状态和压头类型有关,两端夹持的固支直杆小试样方法受摩擦的影响最小；固支直杆弯曲小试样方法使用圆柱压头,试样的变形曲线、最小蠕变位移速率和断裂时间受圆柱压头尺寸和形状波动的影响较小,而使用球形压头的小冲杆试样反之,而且圆柱压头易加工,因此,固支直杆弯曲小试样方法优于小冲杆试验方法。(4)发明并制作了一套完整的小型多试样蠕变试验装置,该装置可以同时完成多种类型、多个小试样在不同载荷条件下的蠕变试验,大大减少了蠕变试验的成本和时间,为小试样蠕变试验方法的试验研究提供了可靠的试验平台。(5)基于小型多试样蠕变试验平台,开展了三点弯、悬臂梁和固支直杆弯曲小试样蠕变试验,试验结果表明,三种小试样方法的蠕变试验结果具有较好的重复性。三点弯和悬臂梁小试样方法的蠕变曲线只有蠕变一、二阶段,试样未断裂,由这两种方法得到的Norton蠕变参数,同传统单轴蠕变参数值接近,表明采用三点弯和悬臂梁小试样试验方法测试材料蠕变性能是可行的,而且悬臂梁小试样方法适合测试材料低应力下的蠕变性能,但在缺乏试样断裂时间的情况下,三点弯和悬臂梁方法只能用于反演材料的蠕变变形参数；固支直杆弯曲小试样具有蠕变曲线的三个阶段,可采用试验与模拟相结合的方法,反演材料的蠕变变形和损伤参数,等效单轴蠕变数据值同单轴试验值基本一致,表明固支直杆弯曲小试样试验方法可以用于材料蠕变变形性能和断裂性能的测试。同时,基于单轴蠕变试验数据,修正了固支直杆弯曲小试样的薄膜力学关联式,得到A7N01材料350℃时的系数KBSFC=2.18和380℃时的系数KBSFC=1.88.