板状金属结构在各类装备广泛使用,疲劳裂纹是其主要损伤形式之一。疲劳裂纹的产生严重危害设备的安全运行,若不及时发现缺陷并采取措施,裂纹在载荷作用下会加速扩展,最终造成结构断裂,往往会导致灾难性事故的发生。因此,迫切需要发展疲劳裂纹的早期检测与评价方法。针对结构闭合裂纹检测需求,本文开展结构闭合裂纹非线性超声检测方法研究,具体研究内容包括:(1)块状金属结构闭合裂纹非共线体波混频检测方法研究。根据两列波相互作用的经典非线性理论,分析得到了10种不同类型混频非线性效应发生的理论曲线。以典型的非共线横波混频为例,对材料本身产生的经典非线性以及由于闭合裂纹产生的接触非线性的非线性超声检测进行了数值仿真研究,分析了相同和不同频率下接触非线性和经典非线性产生混频效应的区别,并分析了不同方向闭合裂纹对混频散射波传播方向的影响。在以上研究基础上,进行了块状金属结构中闭合裂纹非共线体波(横波)混频检测实验研究。(2)金属板中闭合裂纹非线性兰姆波检测方法研究。根据非线性弹簧模型与赫兹接触理论,进行了板中二次谐波及混频非线性兰姆波理论研究,建立了板中兰姆波二次谐波及混频非线性效应与闭合裂纹尺寸的关系模型。通过有限元仿真,研究了闭合裂纹长度和宽度对兰姆波二次谐波及混频非线性效应的影响。结果表明,随着闭合裂纹尺寸的变化,非线性效应呈一定规律变化。在以上研究基础上,进行了板中闭合裂纹非线性兰姆波检测实验研究。结果表明,该方法可以很好的实现板中疲劳裂纹检测。(3)非线性兰姆波信号的时频分析。针对非线性兰姆波检测中弱非线性效应的提取问题,将短时傅立叶变换、连续小波变换、Wigner-Viller分布、WVD时频融合和非线性调频小波变换五种时频分析技术应用于非线性兰姆波信号分析。结果表明,与传统时频分析相比,非线性调频小波变换适合于非线性兰姆波频散信号中弱非线性效应的表征。对于多分量非调频非线性兰姆波信号,采用WVD时频融合方法,提高了时频聚集性,并且有效抑制了交叉项的影响。因此,以上两种方法对非线性兰姆波信号分析处理上具有很大优势。