关键构件在服役期间的安全性和可靠性一直是工程领域高度关注的问题。尤其是针对疲劳损伤导致的断裂失效问题,大量研究表明微裂纹的萌生和扩展是构件失效的重要因素。传统线性超声检测技术对毫米级以下的微裂纹损伤并不敏感。而基于超声波与损伤微观结构之间的非线性效应,非线性超声检测技术可对尺寸远小于波长的损伤进行检测和评估。但是目前针对微裂纹损伤的非线性超声检测和定位研究还存在不足。本文针对随机分布微裂纹损伤,开展了体波共轴对向混频技术以及零频技术的检测机理研究。本文首先基于数值模拟手段研究了微裂纹损伤的体波共轴对向混频检测机理。数值结果表明:若满足共振条件ωL/ωT=2κ/（κ-1）,一列横波和纵波共轴对向传播且在微裂纹损伤区域混合时,两列基波会与微裂纹相互作用进而导致混合波的产生;基于混合波的超声非线性系数与微裂纹密度、微裂纹区域尺寸呈线性关系,并随混合波频率增加而单调递增,但其对裂纹面的摩擦系数并不敏感;同时混合波信号可对微裂纹损伤区域进行精确定位。其次,对铝合金Al-5052试样进行了低温疲劳试验以制备微裂纹损伤,并基于体波共轴对向混频检测技术对疲劳试样进行超声扫描。实验结果表明:扫描电镜结果显示微裂纹损伤是低温疲劳的主要微观损伤形式;体波共轴对向混频检测技术可对微裂纹损伤区域进行良好地检测与定位,并发现高频混合波信号在检测微裂纹损伤时具有更高的敏感度与分辨率。最后,本文还基于数值方法研究了微裂纹损伤的体波零频分量产生机理与传播规律。数值结果表明:一列纵波在微裂纹区域传播时会产生零频分量;基于零频分量的超声非线性系数与微裂纹密度、裂纹区域尺寸及基波频率呈线性关系,但其对裂纹面的摩擦系数也不敏感;此外,基于零频分量的超声非线性系数比二次谐波的更为敏感。本文的研究成果对非线性超声无损检测技术的发展和应用提供了一定的理论和实验基础。