随着国民经济的快速发展,大型工业装备的安全性和可靠性得到了广泛的关注和重视。而超声非线性无损检测技术对空间尺寸远小于超声波波长的材料微观结构特征有较强的灵敏度,近年来成为工程领域的研究热点。相关研究表明:材料的早期性能退化会导致其微观结构的变化,如位错、滑移带及裂纹等形成;当超声波与微观结构相互作用时,会引起超声非线性行为;通过测量相应的超声非线性系数,可以对材料早期性能退化进行定量地检测。本文主要针对微裂纹缺陷,利用数值模拟分析方法,研究结构表面裂纹的非线性Rayleigh波检测机理和结构内部裂纹的非线性混合体波检测机理。本文首先基于有限元数值方法和Python二次开发语言,建立了非线性Rayleigh波在含随机表面裂纹结构中传播的数学模型,并采用蒙特卡洛计算方法对相应的数学模型进行大量的统计计算,研究结果表明:1、当Rayleigh波在含表面微裂纹区域传播时会产生微弱的反射波信号及较强的透射波信号,且反射波和透射波信号中都包含明显的二次谐波;2、透射波信号在传播过程中与接收位置无关;3、Rayleigh波深度方向的超声非线性系数与水平方向基本一致;4、Rayleigh波的超声非线性系数随表面裂纹比例、裂纹密度及裂纹区传播距离线性增加,随激励频率的增加而明显增大,而基本不受摩擦系数的影响;5、两组不同基频的表面波信号会在微裂纹区域产生明显的非线性混合效应(差频及和频信号)。本文还进一步研究了微裂纹损伤定位的可行性。基于共轴同向混合体波检测方法,本文建立了含随机分布微裂纹的损伤评估及定位识别的混频检测数学模型,研究结果表明:1、在含微裂纹弹性体中存在共轴同向混合波的混频条件;2、基于混合波时域信号可对微裂纹损伤区进行定位;3、混合波的超声非线性系数随裂纹密度及微裂纹区域长度线性增加,基本不随裂纹面摩擦系数变化,而随混合波的频率呈非线性单调增加趋势。本文的研究成果为含微裂纹缺陷结构的超声非线性检测技术提供了必要的理论支撑。