金属及其粘接结构因疲劳、蠕变和热老化等引起的早期损伤将导致其力学性能退化,进而严重威胁其运行安全,因此研究材料早期损伤的无损检测和评价方法对保证其服役安全具有重要意义。传统线性超声技术难以检测出早期疲劳损伤,而非线性超声波对材料微观结构和力学性能变化非常敏感,为金属材料早期损伤的无损检测和评价提供新的研究方法。非线性表面波可用于金属表面及亚表面的损伤检测,具有对形状不敏感、适应性强的优势,成为近年来研究的热点。采用波束混叠法检测金属材料早期损伤时受衰减系数影响小,几乎不受系统非线性的影响,具有较为广泛的应用前景。本论文以金属表面微损伤以及亚表面的脱粘缺陷为研究对象,研究金属浅层微缺陷超声表面波非线性混频检测技术,开展了传播距离、微裂纹尺寸等因素影响下的非线性混频表面波的理论和仿真研究。研究的主要工作如下:研究了固体介质中混频信号激励下非线性超声波动方程的解,进而解释了非线性声场调制现象。在忽略高阶非线性和衰减衍射等条件下,得到非线性系数与激励信号及接收信号之间存在的联系,为利用超声波非线性系数检测金属表面微小裂纹奠定基础。针对混频激励下非线性声场响应信号复杂、难以识别的问题,研究了非线性系数表征金属板的微裂纹损伤情况的方法。采用COMSOL Multiphysics有限元分析软件对混频信号激励下的金属浅层微小缺陷进行超声表面波检测,在回波信号频域中提取得到产生非线性现象的二次谐波及和频、差频信号,建立频率分量幅值与非线性系数之间的关系,实现金属构件表面浅层微缺陷的有效监测。为明确不同因素对非线性系数的影响,针对单层金属构件,研究不同尺寸微裂纹及传播距离引起超声非线性系数的变化趋势。研究不同尺寸微裂纹及传播距离对超声回波信号幅值的影响,得到不同尺寸微裂纹及传播距离引起超声非线性系数的变化趋势。研究表明,非线性系数幅值随传播距离的增大而减小;固定传播距离,保持微裂纹的宽度不变,逐渐增加微裂纹长度时,非线性系数的幅值逐渐变大;保持微裂纹的长度不发生改变而宽度逐渐增加时,非线性系数幅值减小。研究了粘接金属构件中脱粘现象的非线性混频超声检测方法。以钢/铝粘接结构为研究对象,通过构建粘接层脱粘缺陷模型,利用COMSOLMultiphysics有限元分析软件对混频激励下脱粘的超声表面波检测进行仿真模拟,研究脱粘情况下传播距离对非线性系数的影响。研究表明,脱粘情况下,经过混频超声表面波的传播会出现非线性现象,其非线性系数随着传播距离的增大而减小。综上,根据超声表面波在混频激励下的传播特性及回波信号在非线性声场调制现象的研究,建立了二维金属表面微裂纹及脱粘结构模型,研究微裂纹尺寸及传播距离对非线性系数的影响,并获取微裂纹长度、宽度及传播距离因素对非线性系数的影响趋势。为金属材料早期微裂纹检测提供一定的理论基础。