非线性超声检测技术是一种可以对材料性能退化进行早期评估的有效方法。考虑到超声波的非线性响应对材料结构健康状况更加敏感，本文研究了基于二阶谐波法的非线性超声导波技术对航空用复合材料层压板性能退化的评估。碳纤维/环氧树脂复合材料板试件承受循环热疲劳载荷用于模拟结构件在役工作环境，同时对试件进行水侵入作用，研究复合材料层压板在热疲劳和吸湿交互作用下，线性和非线性超声特征参数的变化。研究结果表明：随着加载的热疲劳周期的增加，超声导波的非线性相对缓慢增加。在热疲劳和吸湿交互作用下，其非线性响应急剧变化，同时声学线性参数也有明显的变化。声学参数的变化表明，随着热疲劳的增加，材料非线性增加，材料微损伤增加和扩展。微损伤的形成有利于水分子在复合材料结构中扩散并进一步导致复合材料的性能退化。在热疲劳和吸湿交互作用下，材料性能迅速变差。实验发现的声学非线性变化与试件加载的热疲劳周期数的关系证实了可以利用非线性超声导波技术无损评估和检测复合材料结构的性能退化程度。相比于传统非线性检测方法，非线性导波检测技术具有更高的敏感性。