通常用于无法加工标准试样的场合，如有微创要求的在役设备或材料昂贵的场合。包括两种小试样类型：①按比例缩小试样，试样的几何形状和标准试样相似，从常规标准力学性能测量的试样直接按比例缩小取得，如小拉伸试样、小冲击试样、小断裂韧性试样。②新型小试样，试样结构和加载方式不同于标准试样，例如小冲杆试验、小型弯梁试验以及连续压痕试验等。美国材料与测试协会核结构材料性能与使用分技术委员会于1983年召开了第一次小试样测试技术专题学术会议，这次会议首次使用“小试样测试方法”，此后大多沿用小试样测试方法这一名称。

早期的小试样测试技术包括小拉伸试样测试、小疲劳试样测试，小断裂韧性试样测试、小冲击试样测试等。小试样测试技术最早的工业需求来自核工业领域的需求。核容器材料受中子辐照会发生脆化，为了评估脆化程度及潜在的安全隐患，需要实验室研究中子辐照脆化后材料的力学性能。由于实验室中子辐照室的体积限制，只能采用小尺寸试样，同时可以避免中子辐照后试样的梯度影响。考虑到辐照后直接用透射电镜研究材料的组织变化，当时采用直径3毫米，厚度0.25毫米透射电镜用的圆片试样，试样周边支撑在中心空的夹具上，然后用半球形压头缓慢在试样中心加载直至试样破裂，这种试验方法称为圆盘弯曲测试方法^[注]，随后试样周边采用固支，称为小冲杆试验方法^[注]（见图1a，b）。

对于在役设备，小尺寸试样可从设备局部取样加工而成，由于取样区域小，取样后可以不做修补，这种半无损和微创的特点得到了不同工业领域的重视，各种类型的小试样测试方法也因此迅速发展（见图1），并在不同领域和场合取得了成功。其中小冲杆试验方法已逐渐纳入材料测试的标准，欧盟标准化工作委员会于2006年发布了小冲杆试验技术规范，中国和日本也正在开展小冲杆试验方法国家标准的制订工作。经过多年研究，小试样取样加工方法也逐渐成熟，采用微小型机械式切割或电火花加工设备，可以从在役设备上微创或半无损获取所需试验材料。

图1 典型小试样的几何形状与加载方式

由于新型小试样尺寸不符合常规标准试样的尺寸要求，测试结果必须经过换算才能转换为标准试样的材料力学性能，因此需要建立小试样位移（应变）或位移速率（应变速率）与载荷或应力的关系。小试样变形较为复杂，包含弹性弯曲变形、薄膜拉伸变形、塑性变形，高温下还包括蠕变变形等。一般情况下，小试样试验同单轴试验的关联采用以下三种方法：①基于试验数据的经验关联，关联式依赖于试验条件。②基于薄膜拉伸和弯曲变形理论，从试样的几何变形出发建立半解析关联式。③数值模拟方法，多采用有限元法。有了小试样位移或位移速率与载荷或应力的关联公式或映射关系后，便可以根据测量得到的施加载荷与位移或位移速率，反演出相应的材料力学性能或参数。

小试样测试方法首先应用于核电材料评价，至20世纪80年代后期和90年代初期应用已逐渐扩展到火电、石化、冶金等行业，因为它们都面临着同样的难题：如何既有效又经济地检验在役设备长期服役后可能产生的脆化与组织损伤。大量工程应用表明，小试样测试技术可以有效评估这些服役材料损伤程度并预测其剩余寿命。另外一方面的应用是微小区域材料力学性能测量，如在焊接接头不同区域材料力学性能变化规律的测量，薄板、薄管力学性能的测量，乃至生物医学领域，如牙齿修复材料力学性能的测量等等，用小试样测试方法来测量它们的力学性能更接近实际应用条件。

小试样测试方法实现了材料基本力学性能的测量，具有广阔的应用前景。但是对于裂纹扩展速率、疲劳与蠕变性能、应力腐蚀性能的测量，以及高温与低温环境下的测量等等还有许多问题有待解决，因此拓展小试样测试方法的测量范围与领域、改进其测量精度仍然是需要长期努力的方向。为此应进一步发展新的小试样形式，建立不同环境条件下小试样测试结果和标准试样测试结果之间的可靠关联，在深入研究尺寸效应、表面效应、误差控制的基础上，制定出统一的试样形式和测试标准。