复合材料由于其优秀的力学属性和服役特性,在航空航天、交通和军事等工程实例中得到越来越多的应用。对应的复合材料结构的健康监测技术,尤其是无损检测技术,也同样地得到相关领域研究人员的关注。复合材料在服役期间,低速冲击损伤由于冲击能量低、损伤小等原因,往往不能通过目视手段直接判断损伤的存在,这就给复合材料的健康检测造成困难,而微小的损伤也不易用传统的线性超声进行检测。超声非线性无损检测技术因为对微损伤的敏感而独具优势。本文针对复合材料的低速冲击损伤,通过试验和仿真,研究了不同冲击能量下复合材料的超声非线性响应,以及通过小波分析信号处理等技术,对复合材料的低速冲击损伤面积进行量化预测研究。首先,介绍了超声Lamb波的相关理论,阐述了复合材料层合板中的超声Lamb波传播特性,根据板中的Lamb波波动方程得到频散曲线方程,进而解释了板类结构中的Lamb波频散现象。同时,解释了超声非线性的产生机理并引入了超声非线性系数RANP。根据所求得的目标复合材料层合板的频散曲线,确定了试验及仿真研究中的超声Lamb波激励频率大小。之后,通过试验方法对复合材料低速冲击损伤的非线性超声检测展开研究,制备标准试件在搭建的落锤冲击试验系统中制造低速冲击损伤,然后在搭建的超声非线性检测系统中进行超声非线性检测,以二次谐波为特征量,研究分析了不同冲击能量下,复合材料低速冲击损伤与超声Lamb波非线性响应的关系。接着,通过有限元仿真方法对复合材料低速冲击损伤的非线性超声检测展开研究。在有限元仿真中,搭建了包含冲击-去振动-超声检测三个分析步的有限元模型,并在与冲击试验和非线性检测试验的结果对照分析后证明了模型的可靠性。在此基础上,以二次谐波为特征量,研究了有限元模型中不同冲击能量下的低速冲击损伤与超声Lamb波的非线性响应关系,并得到与试验相同的结论。最后,研究了复合材料低速冲击损伤的损伤面积量化预测方法,通过有限元模型中的数据,结合小波分解、滤波、FFT和数据拟合等手段,实现了通过构造特征差异系数来预测复合材料层合板损伤面积的方法,并验证其准确程度。