为了保障铁路运输安全,钢轨检测一直以来都是铁路工务部门的重要任务。我国由于车流量大,导致多功能探伤车无法频繁使用,目前仍以手推式探伤车为主要探伤检测手段。超声波检测对轨顶、轨腰缺陷具有较高的可靠性。但因其原理的限制对于具有螺孔的钢轨接头,当输入激励信号后,因为螺孔裂纹声程与螺孔十分接近,致使极容易漏掉检测超声波螺孔裂纹。本文基于非线性超声检测技术提出了一种适用于螺孔裂纹和螺栓松动的检测方法。考虑到轨道截面的特殊性,有可能导致在其中传播的应力波产生非线性特征。本文通过实验研究验证了钢轨中传播的超声波存在高次谐波等非线性特征,利用二次谐波峰值与基波峰值构造了非线性参数。研究发现,当螺孔裂纹逐渐增大时,非线性参数将随裂纹长度的增加近似线性减小。这表明二次谐波可用于评估钢轨接头螺孔裂纹的大小。为了进一步检验实验结果的可靠性,相同的检测方法通过有限元仿真进行了求解,数值模拟结果得到了与实验相一致的结果。另一方面,对于钢轨接头,螺栓松动也是一种常见的损伤。除检测螺孔裂纹以外,本文还将方波用于监测螺栓松动,实验研究验证了螺栓松动会引起三次谐波的改变,三次谐波与基波峰值构造的非线性参数对螺栓松动较为敏感,当施加预紧力变大时,非线性参数将随着预紧力的增大而减小,并且减小的愈加缓慢。为了进一步检验实验结果的可靠性,通过有限元仿真进行求解,数值模拟结果得到了与实验一致的结果。