近年来,碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)因其综合性能优越、可设计性显著、生产成本低廉等优点,被广泛应用于工程结构中的各个重要领域中。然而偶然的冲击可能会造成冲击损伤,并演变为疲劳源,从而严重影响材料结构的整体性能和使用寿命,最终带来潜在的安全隐患。因此,对于如何有效地对碳纤维复合材料结构进行无损检测并对结构初期的微损伤提供预警一直以来都是一个热门的研究课题。本文主要开展基于非线性振动声调制(Vibro-Acoustic Modulation,VAM)的碳纤维复合材料冲击疲劳损伤检测研究,探索如何有效地识别并评估复合材料中的冲击疲劳损伤以及预测其剩余疲劳寿命。本文首先阐述了非线性振动声调制系统的相关原理,分析了材料结构中不同非线性效应的来源。从自由板状结构中的一维非线性弹性波方程出发,推导了非线性超声波动方程及其近似解,基于推导公式选取了相应的损伤特征值,并介绍了对应的声调制理论模型。最后选择快速傅立叶变换作为信号处理方法,并引用了相应的疲劳损伤理论模型为碳纤维复合材料冲击疲劳损伤试样的检测研究奠定了理论基础。通过对复合材料试样的频率响应测试、有限元模型的模态分析及阻抗分析测试,得到了相应的低频、高频模态频率。选取三块损伤程度不同的复合材料试样作为对比,分析了低频振动信号以及高频超声信号的激励频率和电压幅值对振动声调制检测结果的影响,并对实验参数进行了优化选取。对完好试样以及冲击疲劳损伤试样进行了系统性的振动声调制检测实验,分析了高频超声主峰幅值、调制旁瓣幅值以及调制参数与冲击疲劳寿命之间的关系。在此基础上,还开展了复合材料冲击疲劳损伤试样的声学共振法检测实验,基于材料刚度退化理论,两种方法均建立了对应的疲劳损伤评估模型,用于评估复合材料的冲击疲劳损伤及预测其剩余疲劳寿命,并且从检测机理、激励方式及非线性参数等方面对这两种方法进行了对比讨论分析。最后通过光学显微镜观测了复合材料试样损伤的形貌特征,并讨论了其演变发展过程。实验结果表明,为了获得足够强的非线性调制效应,其低频振动信号的激励频率应选取为材料结构频率响应较大的固有频率,且应适当加大其激励电压幅值。根据接收信号频域谱中的调制旁瓣非线性信号,振动声调制检测方法可以很好地区分完好试样与损伤试样。通过振动声调制与声学共振法的对比可知,基于接收信号频域谱中调制旁瓣的生成和共振频率的偏移现象,这两种方法都能有效地检测出复合材料中的冲击疲劳损伤,且所建立的疲劳损伤模型对冲击疲劳损伤的评估和剩余疲劳寿命的预测显示出较好的灵敏度,即在冲击疲劳寿命的初期阶段,复合材料中的疲劳损伤通常以基体微裂纹为主,材料强度逐渐下降,非线性参数增加缓慢,在到达其疲劳寿命的最后阶段,碳纤维发生断裂,导致材料强度大幅度下降,非线性参数迅速递增,直至材料失效。