电磁超声检测技术是具有无接触、无需耦合、耐高温等优点,对金属性能与结构检测具有广泛的应用。其中线性电磁超声主要针对宏观的缺陷损伤,非线性电磁超声更倾向于早期损伤。金属构件在服役期间产生早期塑性损伤、疲劳损伤影响设备的安全运行,对其进行检测是安全运维的保障。鉴于早期损伤的检测存在困难,可借助早期损伤引起的材料属性变化、材料内部晶体结构变化和微观裂纹萌生进行检测分析,进而实现对早期损伤的表征。金属早期疲劳损伤的发展分为塑性变形、裂纹萌生和裂纹扩展三个阶段。在金属塑性变形过程中,材料属性中相对磁导率、杨氏模量、电导率、磁致伸缩曲线发生改变,因此本文提出了采用电磁超声检测技术对其进行检测分析。基于对电磁超声换能器的磁化力、洛伦兹力和磁致伸缩力换能原理以及接收原理分析,建立了包含三种换能原理的有限元仿真模型。利用仿真模型分析了各材料属性对电磁超声换能效率的影响;并通过制备不同塑性变形的车轮试件,探究疲劳损伤中塑性变形对电磁超声检测的影响。仿真与试验结果表明,电磁超声检测技术可实现对金属塑性变形的检测。针对裂纹萌生与扩展,本文采用Murnaghan模型和闭合裂纹等效弹簧模型对塑性变形和闭合裂纹进行仿真模拟。首先,基于闭合裂纹的受力分布与非线性效应原理,发现闭合裂纹受力时存在界面各点位移量不同的问题,提出了改变等效弹簧模型中弹簧系数与阻尼系数对闭合裂纹及进行模拟。通过搭建闭合裂纹等效弹簧仿真模型,分析了阻尼系数、弹簧系数以及等效弹簧个数对超声非线性的影响。其次,基于Murnaghan模型和闭合裂纹等效弹簧模型,分别搭建了非线性电磁超声表面波与纵波仿真模型。通过改变Murnaghan三阶弹性常数的数值与闭合裂纹数量与尺寸,得到了不同疲劳损伤程度与相对非线性系数之间的关系。最后,制备不同疲劳周期的7075铝合金试件,并对其进行非线性超声与非线性电磁超声纵波检测试验。结果表明,两种检测试验的结果具有一致性,相对非线性系数可有效表征金属早期疲劳损伤。Duffing混沌系统对微弱信号具有较好的噪声免疫能力和高灵敏性,为了提高检测效率,将其对非线性电磁超声试验的检测结果进行信号处理。通过计算混沌系统的相轨迹、Lyapunov指数、关联维数、Kolmogorov熵等特征量,并与相对非线性系数进行对比分析。结果表明,Lyapunov指数灵敏性是相对非线性系数两到三倍,混沌系统可有效的提高检测性能。