本文以河南工业大学承担的国家自然科学基金项目“汽轮机叶片表面微结构损伤的非线性瑞利波检测方法研究”为课题来源,研究汽轮机叶片早期疲劳损伤的非线性超声检测方法及其超声非线性特性。作为电厂中汽轮机上的重要组成部件,汽轮机叶片长期工作在高温、高压和高转速的条件下,工作条件极其恶劣,而且同时承受着振动应力、离心力、弯曲应力以及湿蒸汽区高速水滴冲蚀的共同作用,容易造成叶片的断裂和损坏。目前使用的如磁粉探伤、超声回波法可对叶片的宏观裂纹、开焊等损伤进行有效检测,但是针对汽轮机叶片早期疲劳损伤的检测方法仍然有待研究。本文以汽轮机叶片材料作为研究对象,利用非线性超声无损检测技术,对其在不同拉伸程度以及不同疲劳程度的超声非线性特性进行研究,在大量实验的基础上,研究了拉伸应力与超声非线性系数之间以及不同疲劳程度与超声非线性系数之间的关系,同时,针对超声信号处理与超声实验方法上存在的一些问题进行了研究。主要研究内容如下:(1)搭建非线性超声无损检测系统。为了保证实验系统满足实验需求,制作了合适的夹具。同时,为了实现对超声信号的自动存储以及分析,编制了相应上位机软件。(2)针对实验数据分析中存在的频谱谱线偏移现象,通过对离散傅里叶变换(DFT)理论进行深入分析,探索不同时域信号截断长度对超声非线性系数计算结果的影响,提出了基于激励信号特征的超声信号截断规则。(3)针对试件中接收到的超声信号幅值较低,有效信息易被噪声淹没等问题,研究使用基于非共振驻波法的实验方法来解决这一问题。(4)在分析汽轮机叶片实际工况的基础上,利用汽轮机叶片钢制作相应的拉伸试件与三点弯曲疲劳试件,完成相应的拉伸实验以及三点弯曲疲劳实验,并对不同实验阶段的试件进行了非线性超声无损检测。