实验力学测试技术是研究材料力学行为的重要手段。经典的实验力学测试技术包括应变电测方法和各种光测方法，如光弹性法、贴片光弹法、全息光弹法、全息干涉法、云纹法、云纹干涉法、散斑干涉法等。随着近年来计算机和图像处理技术的迅速发展，出现了电子散斑法和数字散斑相关法，数据的自动化采集和处理提高了实验效率和精度。
云纹法是一种常用的实验力学测试技术。1948年，Weller等首次提出几何云纹法[126]，该方法适用范围较广，可在各种不同工作条件下对各种对象进行测试，如不同的温度、不同的测量时限、不同性质的变形、不同量程的变形等。尤其在高温、塑性、大变形、复合材料、弹性模量特别低的材料以及需要进行长时限测试等方面，几何云纹法更能显示出其优势。几何云纹法由于工作稳定性好，实验设备简单，因而在一定时期内得到了广泛应用。但是，由于光栅衍射的影响，几何云纹法所采用的光栅频率一般在50线/mm以下，相应的灵敏度在0.02mm以下。随着科学技术的发展，几何云纹法的测量灵敏度已不能满足微细观测试的要求，要在微细观研究领域发展和运用云纹法，必须解决如何提高光栅频率的问题。20世纪80年代初，由Post等发展起来的高灵敏度云纹干涉法[127，128]具有灵敏度高、条纹反差好、条纹分辨率高、量程大、条纹位置与试件重合、可以实时观测等一系列显著优点，在现代光测力学领域占据着重要地位。在其被提出后的短短十几年里，高灵敏度云纹干涉法无论在理论与技术研究上，还是在工程实际应用上，都得到了迅速发展。在断裂力学、损伤力学、新材料研究、高低温测量、微电子封装、微机械研究等领域的实验研究中，云纹干涉法都起到了重要的作用[129-135]。同几何云纹法所用的低频光栅相比，云纹干涉法所用的光栅频率一般为600线/mm或2400线/mm，因而灵敏度可以高达0.42μm。然而，云纹干涉法由于受到光波波长的限制，所用光栅频率只能在300～4000线/mm之间。尽管运用条纹倍增或相移技术的云纹干涉法的测量灵敏度可以在原有基础上继续提高，但是云纹干涉法的倍增或相移技术对实验条件的要求较高且难度较大，限制了它们的使用。
网格法是一种古老而重要的实验力学测试技术[136-145]。在早期对材料变形的研究中，人们经常运用网格法来观察不同几何形状的各种材料在不同受力条件下的全场变形特征。网格法最主要的缺点是测量精度低、变形数据的提取和分析计算过于烦琐，从而阻碍了网格法的进一步发展。20世纪80年代初，实验力学研究者开始逐步利用计算机图像处理技术来分析处理各种光测力学图像。在这种背景下，关于网格法的研究渐趋活跃，其进展主要体现在变形数据提取技术的改善，如采用直接跟踪法、谱方法、傅里叶变换等。人们已利用网格法测量裂纹尖端应变场，研究黏弹性非均匀材料的力学性能等。目前，网格法正在向纳观尺度深入，谢惠民等[146]于1997年将扫描隧道显微镜作为测试工具，并将物质结构作为网格进行了纳米应变场的测量，并应用该方法对石墨原子结构进行强激光辐照后的损伤变形和单晶硅进行原子操作后的损伤区域残余变形进行了测量研究。
数字图像相关（Digital Image Correlation，DIC）方法是在20世纪80年代初由日本的Yamaguchi[147]和美国南卡罗来纳大学的Peter和Ranson[148]同时提出的一种新型光测方法。数字图像相关方法又称为数字散斑相关（Digital Speckle Correlation，DSC）方法或数字图像散斑相关（Digital Image Speckle Correlation，DISC）方法。数字图像相关方法的基本原理是，通过图像匹配的方法分析试件表面变形前后的散斑图像来跟踪试件表面上几何点的运动，得到位移场，在此基础上计算得到应变场。与传统的光测方法相比，数字图像相关方法具有以下优点：光路简单，不需要特殊的光学仪器，可以使用白光做光源；对测试环境要求低，受外界影响小，便于实现工程现场应用；测量范围和灵敏度可以自由变化，适用于从微观到宏观、从大变形到微变形的测量；具有非接触性、无损测试的特点；数据处理自动化程度高等。基于上述优点，目前数字图像相关方法已经成为实验力学领域中一种重要的测量方法，在力学研究的许多方面得到了广泛的应用[149-153]。1989年，Agrawal将数字图像相关方法应用于木材的力学性质研究[154]。1997年，Zink等用数字图像相关方法研究了复合材料的力学性质[155]。1998年，Chao等利用这种方法结合高速图像采集设备测试了冲击载荷下裂纹扩展情况[156]。同年，Luo等用三维数字图像相关方法测量了圆柱体的形貌和拉伸载荷下的三维变形[157]。2001年，Chevalier等[158]利用数字图像相关方法对橡胶材料的单轴和双轴拉伸力学行为进行了研究，建立了一种超弹性模型，模拟了橡胶材料的力学行为，得到一个近似的应力-应变关系。2004年，Yamaguchi等将数字图像相关方法应用于物体表面粗糙度的测量中[159]。
当前，实验力学测试技术的主要发展趋势有两个显著特点。第一个特点是实验力学测试技术与其他学科的交叉与融合。物理、化学、微电子、材料及生物学等学科领域的最新成果不断地为实验力学测试技术发展提供新思路、新途径。同样，实验力学测试技术也为其他学科的发展提供了一块肥沃的土壤。第二个特点是各种实验力学测试技术之间的互相渗透和结合。全息干涉法和光弹性法结合产生了全息光弹性法；将云纹的概念运用于全息干涉法产生了全息云纹干涉法；散光法和散斑干涉法结合产生了散光散斑干涉法。这种结合和渗透的目的在于发挥不同方法的优点和长处，弥补各自的缺点和不足。
近十几年来，微纳米材料科学的不断发展促使实验力学测试技术不断从微细观向纳观方向发展。随着信息、计算机、微电子、光学和先进制造技术等的迅速发展，一些基于高速数据采集技术、高分辨率现代分析仪器和计算机图像处理技术的高精度纳米尺度实验力学测试技术已经被提出来，如纳米云纹法[75]、电子束云纹法[160]、极值点定位法[161]、几何相位分析法[162]、数值云纹法[163]等。(www.xing528.com)
1991年，Kishimoto、Dally和Read提出并实现了电子束云纹法[164，165]，用扫描电子显微镜刻蚀10000线/mm的光栅，在微米尺度内获得了灵敏度为0.1μm的云纹条纹图，并将其成功应用于纤维增强复合材料的断裂研究[166]。电子束云纹法通常用电子束在感光乳胶上进行一次扫描，经刻蚀处理制成光栅，但电子束扫描路径不是严格的直线，会造成栅线不均匀，栅线间距误差较大。Xing（邢永明）等[167]提出一种多次扫描制栅法，以大幅度降低上述误差。多次扫描法即对栅线进行多次重复扫描，每一栅线都是若干次扫描的综合结果，单次扫描的误差会被平均效应大幅度降低。这一方法已经被应用到树脂基材料上制作超细正交光栅，单向光栅的最高频率可达10000线/mm，正交栅的最高频率可达5000线/mm。但是电子束云纹图像的后处理比较烦琐，不便于全场变形的定量分析。尽管电子束云纹法还存在一些缺点，但它成功地将扫描电子显微镜的电子束应用于传统云纹法，为实验力学测试技术的发展提供了一条新的途径。
1993年，Bierwolf等提出一种极值点定位方法[161]。该方法工作在实空间，基本思路是通过高分辨率透射电子显微镜（High Resolu-tion Transmission Electron Microscopy，HRTEM）图像中的未变形区域建立一个二维参考网格，再将二维参考网格叠加在HRTEM图像上，从而确定HRTEM图像的局部离散位移场，然后对位移场求导就可得到应变场。1996年，Rosenauer等对该方法进行了进一步发展并将其应用到CdxZn1-xSe/ZnSe量子阱结构[168]。2007年，Galindo等对极值点定位方法进行了改进，提出了极值对分析（Peak Pairs Analysis，PPA）方法[169]，并利用该方法测定了CdTe/GaAs界面失配位错的应变场。目前，HREM Research公司已开发出极值对分析方法的专门商业软件PPA v1.0，已被应用到In（Ga）As/AlGaAs自组装半导体量子点[170]、纤锌矿InAs/InP纳米线异质结构[171]、InAs/GaAs界面[172]等结构的应变分析中。
1998年，Hÿtch等提出了几何相位分析（Geometric Phase Analy-sis，GPA）方法[173]。该方法工作在傅里叶空间，其基本思路是先将高分辨率电子显微镜图像做傅里叶变换，然后在傅里叶空间选择一个强的衍射峰，再做反傅里叶变换，计算出来的反傅里叶变换图像是一个复数图像，这个复数图像的相位成分与局域原子面位移有着定量关系。将该方法应用于两个不在一条直线上的强衍射峰就可以计算二维位移场，局域应变张量成分εxx、εyy、εxy可以通过对位移场做微分得到，同时还能计算出刚体转动张量成分ωxy。该方法经过了多次讨论和完善[174-176]，其位移分辨率可以达到0.003nm[162]，并已经开发出专门的商业软件GPA Phase v3.0。几何相位分析方法也被大量应用到多层结构及缺陷的应变分析中，如半导体异质结构[177-181]、纳米颗粒[182]、Al/Si纳米团簇[183]、位错[184]、裂纹尖端[79，80]等。由几何相位分析方法还衍生出了数值云纹方法，用于放大显示晶格结构。它相当于放大镜，放大倍数在计算数值云纹时指定，可以从1倍到若干倍。数值云纹的衬度非常好，便于观察和分析，常用来放大显示微小缺陷形貌[163]，也可用于定量测量[81，185]。
1999年，Dai等提出纳米云纹法[75]，其分辨率可达到0.1nm。2000年，Xie等提出了电子束、离子束云纹法和高分辨率电子显微镜扫描云纹法[186]。2004年，Xie等还提出了数字纳米云纹法[187-189]，该方法的测量灵敏度达到次纳米的水平。Liu在2006年对该方法进行了进一步发展[190]。2005年，Xie等利用具有周期晶格结构的人造纳米晶体作为人工纳米光栅，研究了Al/Si（111）7×7人造纳米团簇的残余应变[183]。
综上所述，实验力学测试技术正在不断地从微细观向纳观方向发展，并已取得了很大的进展，其应用领域也在不断拓宽，许多以前由于测试手段的缺乏和局限性而未能解决的问题也将会逐步得到解决，一些有价值的理论结果将会得到实验结果的进一步验证和支持。
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