在航空航天、轨道交通、工业生产等众多领域,对关键部件进行及时有效的无损检测与评估是保障结构完整性和系统安全稳定运行的重要手段。本文主要结合国家自然科学基金课题和工程实际需求,面向钢轨踏面斜裂纹无损检测与评估存在的若干难点问题,开展脉冲涡流检测信号预处理、信号特征识别、缺陷定性与量化评估、原型系统设计与开发等关键技术研究。论文主要工作和成果进展如下:(1)研究了脉冲涡流无损检测方法的物理模型、检测机理以及脉冲涡流响应信号特点,分析钢轨斜裂纹检测对象的缺陷结构特点,对典型脉冲涡流响应信号以及钢轨材料脉冲涡流响应信号的时域特征进行理论推导和分析,为钢轨伤损检测与分析提供正向指导。(2)分析了钢轨试件斜裂纹扩展角度与扩展深度的脉冲涡流响应曲线特点,针对时域信号受多种外因干扰、响应规律不明显、不易进行检测和判别等问题,为了充分利用频域信息,研究了脉冲涡流响应的时域曲线积分特性,时频域边际谱峰值与边际谱最小峰频率特性,开展了脉冲涡流时域、频域、时频域等多层面的特征提取与分析工作;利用信息增益度量的方法对所提取的特征进行了分析评价,验证了所提取特征是有效的,使得信息获取量大为提高,为后续的钢轨伤损检测和量化评估工作打下了基础。(3)研究了面向钢轨踏面斜裂纹伤损的定性和量化评估方法,针对脉冲涡流响应特征信号与伤损类型和缺陷参数存在非线性复杂关系等问题,研究了基于高斯径向基函数的支持向量机建模方法,用于斜裂纹扩展角度的定性识别;在支持向量机建模分析基础上,将基于支持向量机分析下的样本置信度作为证据,研究了多周期复合的D-S证据推理方法,进行斜裂纹扩展深度的量化评估。实验验证了将支持向量机建模分析与D-S证据推理相结合的方法能有效解决脉冲涡流检测中的特征重叠与非线性问题,可以用于判别斜裂纹扩展角度与量化缺陷扩展深度。(4)对实验室已有的脉冲涡流检测原型系统进行了改进优化。以提高脉冲涡流检测灵敏度为目标,研究了基于Comsol软件的电磁场仿真建模方法,分析了脉冲涡流检测探头的高度、半径、匝数等尺寸特性与脉冲涡流响应之间的理论关系,提出了一组适用于铁磁材料缺陷检测的检测探头参数。介绍了所研发改进原型系统的实验应用情况。论文的研究工作为钢轨踏面斜裂纹扩展等导电结构缺陷检测与评估提供了技术支持。