材料早期缺陷和损伤的检测对工程事故的预防有着至关重要的意义。材料的微小缺陷和损伤如微裂纹、复合材料分层等,由于在其产生初期对材料的整体性和刚度的影响几乎可以忽略,传统的结构健康监测(SHM)方法可能无法及时准确地检测识别。而非线性超声方法(如高阶谐波、亚谐波、调制成分等),由于其依靠材料缺陷带来的非线性弹性行为来进行识别,对这些微小缺陷和损伤十分敏感。近年来,一些研究表明,材料的缺陷都有其特定的局部共振频率(Local Defect Resonance Frequency,LDR Frequency)。当激励信号满足特定的频率条件时,材料的细微缺陷在超声激励的作用下会产生局部共振,缺陷局部的振幅相较于缺陷周围得到大幅提升,使得损伤界面之间的碰撞、摩擦等非线性行为得到增强,导致响应信号中出现幅值增强的激励信号的倍频、缺陷局部共振频率的倍频以及激励信号与缺陷局部共振频率之间的内调制成分。因此,通过选取适当的超声激励,使缺陷达到共振状态,可以达到对材料微小非线性损伤的更高的敏感度,且其产生需要特定的激励条件,可以避免测试仪器非线性的干扰。另一方面,相比传统需要多个输入信号激励的声振调制方法,缺陷局部共振仅需单个输入激励即可产生缺陷局部共振频率与激励信号之间的调制现象,更适合于材料早期非线性损伤的检测。基于缺陷局部共振内调制现象,本文首先分析缺陷局部共振现象产生的理论原因,并推导了典型缺陷的局部共振频率表达式。对非线性损伤建立包含二次和三次非线性刚度的单自由度模型,并推广至双自由度非线性系统,运用多尺度法进行分析,从理论上分析这种内调制现象产生的机理。通过COMSOL多物理场仿真软件进行有限元仿真,验证缺陷局部共振现象的存在,分析缺陷局部共振模式下其振型的特点。最后,对含有冲击损伤的碳纤维复合材料板进行实验分析,验证这种方法运用于非线性损伤检测的可行性。结果表明,所提出的缺陷局部共振内调制方法可以有效的识别材料非线性损伤。本文的主要研究内容及结构如下:第一章,介绍本课题的研究背景、结构健康监测系统的组成和损伤识别的主要方法以及基于非线性超声方法的结构健康监测领域研究现状。并详细介绍了本文的主要工作。第二章,介绍缺陷局部共振的概念,对非线性损伤建立单自由度弹簧振子模型,并扩展到双自由度非线性模型,运用多尺度进行求解,分析缺陷局部共振的理论机理以及产生条件。第三章,利用COMSOL软件进行了缺陷局部共振的仿真研究,验证缺陷局部共振现象的存在,计算了不同缺陷的局部共振频率,以及绘制相应的局部共振振型图。第四章,介绍复合材料板冲击损伤的缺陷局部共振损伤识别实验,验证理论模型分析的结果,以及利用缺陷局部共振内调制机理识别损伤的可靠性。最后,总结全文工作,并阐述研究中的不足与对后续更深入研究的展望。