FV520B高强钢是离心压缩机叶轮常用的一种材料,疲劳失效是其主要的失效形式。工程构件的疲劳失效若得不到及时发现,往往会发生突然断裂,造成重大损失。目前,疲劳检测方法种类虽然很多,但绝大多数检测方法对材料的早期疲劳损伤并不敏感,且检测手段较为繁琐,与之相比,对于疲劳早期损伤的检测,非线性超声检测技术则具有较高的敏感度,该检测方法相对简单。采用非线性超声检测技术,研究FV520B高强钢的非线性超声检测与评价方法,有助于有效评估材料的疲劳损伤程度,降低事故发生率。本文的主要研究内容如下:(1)对FV520B高强钢材料疲劳损伤的非线性超声检测实验的总体方案进行了设计。制定了疲劳实验方案,制作了不同疲劳损伤程度的试件以备非线性超声检测实验所用。确定了超声非线性系统各模块的参数和检测方式。(2)超声Lamb波穿透性强,很适合用于对FV520B高强钢薄板疲劳损伤进行非线性超声检测,分析探讨板状试样中的Lamb波传播特性,绘制了FV520B疲劳试样中Lamb波相速度频散曲线,群速度频散曲线。确定实验中Lamb波所应满足的条件。(3)深入分析了位错弦模型和位错偶模型中相关参量对超声非线性参量的影响。从接触非线性声学的角度分析了裂纹对超声非线性的影响,并用利有限元软件ABAQUS对其进行了模拟,证明了裂纹可以产生非线性效应,分析了非线性参量和材料内部裂纹形态之间的关系。(4)利用Lamb波对FV520B高强钢疲劳试样进行一系列的非线性检测。对结果进行分析发现,该材料具有较好的超声非线性累积效应,实验结果表明,超声非线性参量对FV520B高强钢材料的早期疲劳损伤具有很高的灵敏度。(5)为了对超声非线性参量和疲劳损伤之间的微观机理进行研究,对不同循环周次的疲劳试样进行微观组织观察。结果发现,随着循环次数的增加,疲劳试样微观结构不断劣化,非线性参数相应增大。结果表明,这些劣化的微观结构,如微孔和裂纹,是二次谐波的来源。超声非线性参量与FV520B高强钢的疲劳损伤程度有良好的映射关系。分析了超声非线性参量分别与主裂纹长度和微裂纹等效长度的关系,结果发现,和主裂纹长度相比,微裂纹等效长度和超声非线性参量的变化呈现出更好的一致性,表明超声非线性响应主要是由内部微裂纹产生的。超声非线性参量可以对FV520B高强钢的疲劳损伤状态进行有效表征。