在现代工业生产生活中,金属板材在机械制造、建筑行业、舰艇制造以及金属包装等领域应用广泛。在工业设备服役过程中,设备中的金属板材长期受到载荷作用会产生损伤,而微裂纹是损伤的主要表现形式之一。金属板材从完好到失效主要经历三个阶段:早期微裂纹的产生、微裂纹的扩展以及板材的断裂。通过对金属板材进行检测,可以及时发现材料中出现的微裂纹并排除安全隐患。因此,对金属板材中微裂纹的检测非常有必要。本文针对金属铝板中存在的微裂纹,利用共线混频Lamb波超声非线性检测的方法进行研究,主要研究内容如下:1)将Lamb波基本理论和非铁磁性材料中电磁超声换能器的原理相结合,设计用于激励混频Lamb波的曲折线圈。对混频超声波在固体介质中的波动方程进行了推导,从理论上论证混频Lamb波非线性检测方法的可行性。2)将弹簧模型与迟滞效应引入到微裂纹啮合界面,建立含有微裂纹的二维混频Lamb波非线性检测仿真模型。仿真结果表明,当铝板中存在微裂纹时,接收信号的频域中出现明显的差频分量与和频分量;通过改变电磁激励参数与偏置磁场的磁感应强度以及接收点的深度、接收点与微裂纹之间的距离,研究它们对混频调制效果的影响。3)构建含有微裂纹的三维混频Lamb波非线性检测有限元仿真模型,解决了二维仿真模型中无法对微裂纹长度方向的波动进行模拟的问题。通过三维有限元仿真分析,研究微裂纹长度、深度、不同的波动形状以及观测点位置对混频调制效果的影响。4)搭建混频Lamb波超声非线性检测实验系统。对铝板试件进行加工,得到含有不同长度的微裂纹试件,并对试件中的微裂纹进行检测。依据差频非线性系数与和频非线性系数,定义综合系数因子,得到综合系数因子对微裂纹长度的预测结果,证明利用综合系数因子对微裂纹长度进行预测的可行性与有效性。最后,通过改变接收探头与微裂纹之间的距离,研究不同接收位置处的混频调制效果。