本学位论文依托国家自然科学基金项目“机械构件疲劳裂纹的激光超声检测新方法研究”(No.51375434),开展了基于宽频域激光声表面波的金属构件表面裂纹无损检测方法研究。在分析传统超声及激光超声无损检测技术研究现状及其发展趋势、明确金属构件激光声表面波裂纹检测机理的基础上,重点开展了激光声表面波传播特性优化、基于激光声表面波非线性调制特性的裂纹信号特征提取方法、基于激光扫描源法的裂纹定量检测方法等关键技术的研究,并结合相空间预测模型法,对金属构件表面裂纹进行成像及定量检测。搭建了一套激光声表面波裂纹定量检测试验系统,以验证论文所提方法的可行性与实用性。主要研究内容及创新点有:第一章,阐述金属构件在国防工业发展、国民经济建设中发挥的巨大作用,体现开展金属构件无损检测方法研究的重大意义,分析传统超声以及激光超声无损检测技术研究现状及其发展趋势,明确论文研究方向,搭建了论文整体研究内容的逻辑框架。第二章,建立了激光脉冲束与金属构件耦合作用的热物理模型,分别给出了激光束作用后构件内温度场及超声波位移场的格林函数与有限元求解方法;分析了激光超声纵波、横波以及声表面波的激发机理;基于超声波非线性调制理论,开展了激光声表面波与裂纹非线性耦合作用机理分析。第三章,在明确激光声表面波激发机理的基础上,分析了激光参数变化及待测构件横截面面积变化对激光声表面波传播特性的影响,根据分析结果对裂纹检测参数进行优化,为后续应用提供理论依据。第四章,利用相空间预测模型法将待测金属构件的一维动态响应信号重构到高维相空间中,提出一种裂纹信号的非线性敏感特征提取方法,能够对无损构件与含裂纹构件相空间中吸引子轨迹进行对比分析以评估裂纹信息。试验结果表明,所提裂纹信号非线性敏感特征比常用线性裂纹信号识别特征对裂纹更敏感、识别能力更强。第五章,基于激光扫描源法与相空间预测模型法实现金属构件表面裂纹的快速扫描成像检测,利用双线性插值法对裂纹扫描成像图进行细化,提高了裂纹成像与定量检测精度。试验结果表明,所提方法可以实现金属构件表面裂纹的精确定位、成像及定量检测,且检测速度快。第六章,提出一种无参考构件的裂纹自对比定量检测方法,仅需待测构件时域动态响应信号即可评估构件中裂纹信息,进一步结合激光扫描源法实现裂纹的定量检测,无需对比无损构件参考数据,有效减少了二次测量给裂纹检测结果带来的影响。试验结果表明,所提方法可快速实现金属构件表面裂纹自对比成像及定量检测。第七章,总结论文研究成果及创新点,展望未来研究工作。