金属材料在宏观缺陷出现前会经历微裂纹的扩展阶段,因此需要对微裂纹进行及时检测。传统的线性超声检测技术由于其原理上的局限性使其对微裂纹不敏感。近年来,研究发现振动声调制技术可以通过判断检测信号中是否出现非线性调制效应来检测结构中的微裂纹。因此,本文主要对微裂纹在振动声调制技术下产生非线性效应的机理以及微裂纹的定位成像开展理论和实验研究。1.介绍了振动声调制技术的基本理论,在经典非线性理论的基础上获得基于接触非线性的一维波动方程,求解了不同频率激励下的近似解,从原理上对振动声调制非线性现象进行了解释。对微裂纹与声波相互作用产生非线性现象进行了描述,建立了非线性弹簧模型从微观上解释振动声调制技术下微裂纹产生非线性调制效应的原理,并在此基础上对矩形微裂纹进行了有限元建模。2.在矩形微裂纹有限元建模的基础上,构建了铝板三维有限元模型,进行振动声调制仿真,通过信息熵初步验证了模型的正确性。通过有限元后处理模块在微观下分析了不同激励下微裂纹的开合状态,以及混合激励声波在铝板中的传播特性。对影响振动声调制检测效果的主要因素进行讨论。3.提出了基于振动声调制技术和延时叠加成像技术的微裂纹成像方法。以非线性损伤信号为特征进行定位成像,利用有限元仿真验证了该成像方法的有效性。4.搭建了振动声调制检测系统,对铝板中的微裂纹进行了振动声调制检测和定位成像实验研究。通过实验验证了非线性弹簧模型的正确性,实现了铝板微裂纹的准确成像。最后对工程结构含油漆铁板试样进行振动声调制检测及定位成像,拓宽了其应用范围。