轴类零件在工程机械设备中广泛应用,作为支撑传动部件,在长期循环载荷作用下,不可避免地会产生金属疲劳,甚至使零件突然断裂,造成灾难性事故,带来巨大的人力、财力损失。45号钢是轴类零件常用材料,可作为基础研究对象,用于轴类零件疲劳检测的研究。本文采用非线性超声无损检测技术,利用超声波在结构中传播时所表现出来的非线性特征——谐波滋生,经分析计算,提取非线性系数β,进行材料性能评估和疲劳程度检测,能够对轴类零件进行疲劳早期的诊断和评价,预测其剩余使用寿命,从而发现潜在威胁,防范零件疲劳断裂事故于未然。本课题目的是进行材料疲劳早期的诊断与评价,该阶段试件并未产生裂纹等宏观损伤或缺陷,而只是材料性能的退化。因此,论文采用超声非线性最经典的表现形式——高次谐波,对不同拉伸加载次数的45号钢试件进行表征。针对试件早期疲劳诊断的非线性超声检测方法,主要对以下四项关键技术进行了研究:通过ABAQUS有限元分析,进行试件拉伸变形仿真;以与激励超声波脉冲相同时间作用下的微小压强载荷,模拟超声波在试件中的传播,可以实现精确跟踪超声应力波传播过程,并观察其波形衰减、反射等规律的目的。搭建非线性超声实验系统,通过多次重复测量,确定系统稳定性,并成功应用实验系统进行非线性超声检测实验。以A₂ vs.A₁²数据点拟合直线的归一化斜率值,作为等效相对非线性系数,用于表征试件非线性特征,相当于对试件多次测量所得非线性系数的平均,可增加实验结果准确度和可靠性。以频谱直接提取法与脉冲反转提取法所得A₂ vs.A₁²数据点拟合直线的归一化斜率值,作为试件非线性特征,以基波幅值A₁归一化系数作为超声线性特征。通过三种方法进行试件不同疲劳程度下测量结果的对比,说明只有采用脉冲反转法得到的归一化斜率值有增大趋势,可用于试件疲劳早期诊断与评估。