金属材料构件及其粘接结构广泛应用于航空航天、汽车船舶、建筑建材和机械制造等领域。由于金属材料及其粘接界面的力学性能直接影响结构的安全性和可靠性,因此对材料早期力学性能退化情况进行无损检测和评价具有重要意义。非线性超声检测技术利用超声波在结构中传播时表现出来的非线性特征来检测损伤。与传统的超声检测技术相比,该技术在材料早期损伤及性能退化检测方面具有更高的灵敏度。为此,本文基于非线性声波中的高次谐波和共线混频理论开展了材料损伤的非线性超声评价研究。首先,采用超声高次谐波法,对6061铝合金/改性丙烯酸酯胶粘接界面在温度循环载荷作用下的损伤情况进行了非线性超声无损评价。然后,利用有限元软件ABAQUS,模拟分析了共线混频检测技术对于金属材料塑性损伤以及粘接界面损伤检测的有效性。最后,采用该技术对存在局部塑性损伤的Q235钢试件进行了共线混频的实验研究,并利用共线混频技术对改性丙烯酸脂胶的固化过程进行了监测。本文的研究成果如下:(1)6061铝合金粘接结构在循环温度疲劳作用下粘接界面损伤的非线性超声评价的试验结果表明:在高温循环疲劳作用的初始阶段,试件的非线性系数变化不明显,但随着高温循环次数的不断增加,非线性系数随循环次数的变化十分明显;在低温循环疲劳作用的初始阶段,试件的非线性系数迅速增大,随着循环次数的增加,其增速减缓,在低温循环疲劳寿命的后期,试件的非线性系数随循环次数的增加而继续增大。进一步的理论分析表明,胶层三阶弹性常数的变化是造成高温循环疲劳时非线性系数变化的主要原因,而对于低温循环疲劳,粘接界面拉伸刚度的变化是造成非线性系数变化的主要原因。(2)Q235钢局部塑性损伤共线混频检测的数值模拟结果显示:可以通过控制两列基频波脉冲的发射时间,实现对试件的扫查,并能得到各试件共振波幅值的分布情况。对于完好试件,各位置处的共振波幅值基本相等;对于存在局部塑性损伤的试件,塑性区域的共振波幅值要大于完好试件对应位置处的共振波幅值,且线弹性区域的共振波幅值与完好试件对应位置处的共振波幅值基本相等。对于6061铝合金/环氧树脂胶/6061铝合金粘接试件来说,基于共线混频检测技术的胶层含随机分布裂纹的数值模拟发现,随着胶层中随机裂纹数的不断增加,共振波幅值近似呈现线性减小的趋势,这是胶层中非线性系数和基频波幅值共同作用的结果。(3)Q235钢力学性能退化的共线混频检测的试验结果表明:当存在局部塑性损伤时,损伤区域的共振波幅值要明显大于完好试件对应位置处的共振波幅值,而无损伤区域的共振波幅值基本保持不变。利用该技术对不同塑性损伤程度的Q235钢试件进行了检测,发现随着压力载荷的增加,损伤区域的共振波幅值逐渐增大。因此,共线混频检测技术可实现对金属材料塑性损伤区域的定位和损伤程度的评价。(4)在胶粘剂固化性能的共线混频检测评价的试验结果表明:在固化最初的0～80 min内,共振波幅值随固化时间呈急剧增长的趋势,在80～360 min内,共振波幅值增速减缓,其大小趋于稳定。因此,该技术可用于监测胶粘剂的固化过程。本文的研究成果为金属材料及其粘接结构早期损伤的非线性超声评价提供了参考和依据,对非线性超声检测技术的应用推广具有一定意义。