机械关键零部件在满足强度、刚度设计要求的同时必须注重轻量化设计,因此界面力学特性的在线检测技术对于节能减排、提高装备的可靠性和使用寿命具有重要意义。而基于超声表面波声弹性效应的应力表征方法为解决结构近表面的应力无损检测提供了新的途径。本文探讨了超声表面波声弹性应力检测中的关键问题,研究了工程中常用的Q235钢的超声表面波声弹性效应,针对其声弹性系数标定过程中出现的非线性现象,提出了界面局部塑性假设,并考虑了实验过程中的温变条件,研究了温度与超声表面波传播速度之间的关系,提出了表面波声弹性效应受温度影响的解决方法。重新标定了非线性声弹性公式,从而将表面波声弹性法引入到结构应力检测领域。主要研究内容概括为:1)研究搭建了超声表面波声弹性研究实验平台。系统主要由超声脉冲发生仪、示波器、表面波探头、计算机组成。研究了优化的超声表面波探头的组合布置形式,使用基于虚拟仪器技术的超声波信号采集与分析软件,实现了超声波信号的自动采集和存储,降低了手动采集所产生的误差,应用数字相关计算方法,实现了超声波传播时间差的精确计算。2)研究了表面波声弹性效应的非线性现象。采用理论模拟和实验两种手段深入研究了常用工程材料中表面波声弹性效应的非线性特征。分析了非线性特征的形成机理,提出材料表面应力集中与局部塑性的假设,研究不同表面参数设定情况下表面应力集中层的力学特性分布特点与变化规律,并采用Abaqus初步模拟验证表面出现局部塑性变形假设的正确性。通过实验测量试件表面真实粗糙形貌,提取表面粗糙度的数学特征进行表面精确建模。在此基础上进行弹塑性分析,精确地解释超声表面波声弹性非线性的原因。3)研究了变温环境下表面波声弹性特性。进行了变温条件材料弹性常数的超声波测量,研究了变温环境下表面波声弹性效应的特点,获得不同温度下超声波传播速度变化信息,归纳出不同温度下的超声表面波声弹性应力检测方法,从而将表面波声弹性法引入到特殊作业环境下机械设备的关键结构应力检测领域。4)修正了声弹性公式并进行一维应力测量实验。基于声弹性效应的非线性特征,研究了声弹性公式的修正方法,分别对超声表面波声弹性效应进行线性和非线性拟合,对等强度悬臂梁进行了一维应力测量实验,并与理论值进行对比,有效地提高了测量精度。