振动声调制技术是一种非线性声学检测方法,对接触型缺陷非常敏感,且不受工件材料和几何形状的限制,在工程结构质量评估方面有很大的应用前景。然而,若要提高此技术的检测可靠性及效率,使其应用于实际检测当中,则需要在调制机理、参数优化、定量评价等方面对其进行更深入的研究。本文自主搭建了振动声调制检测系统,以铝杆试样为主要研究对象,考察了其主要激励参数的选取原则,分析了振动/超声信号在裂纹界面的相互作用机理,提出了基于修正非线性调制模型的定量检测方法,最后对此方法在复杂结构内部缺陷检测上的应用进行了初步研究。根据振动/超声信号的激励、接收要求,选择相应的硬件设备,搭建了用于振动声调制技术检测的实验平台,确定了振动/超声信号的激励、接收及处理方法,为提高检测效率,开发了基于LabVIEW的检测程序,实现了在线检测。研究了缺陷界面上低频振动与高频超声信号的相互作用机理。一方面采用数值模拟方法分别对工件中低、高频声场进行了分析,并通过检测过程中高频频响曲线的变化研究了低频振动对高频声场的影响。研究表明,低频频率为工件共振频率时,缺陷界面相对运动幅度出现极值,若此时缺陷区域高频响应也较高,则将引起高、低频信号之间的相互作用,表现为高频频响曲线在低频振动下出现较大变化。对铝杆试样,当无缺陷存在时,低频振动和高频超声之间并无相互作用;当工件内存在较小尺寸裂纹时,频响曲线在低频作用下的变化多出现在共振峰附近,表现为共振峰的偏移和峰值变化;而裂纹尺寸较大时,曲线主要表现为幅度变化,且在整个高频范围内都会出现。另一方面通过比较实际检测信号中边频成分与不同模式的调制信号仿真结果,对振动声调制检测信号中边频成分进行了分析。研究发现,振动/超声信号在缺陷界面上不仅存在幅度调制,还存在频率调制。在上述理论分析的基础上,讨论主要激励参数的优化选择问题,包括低、高频激励信号各自幅度和频率的选取范围或原则。通过振动模态分析和动态应变测量手段,分析了裂纹运动状态对低频参数选择的影响。结果表明,低频激振力越大、激励频率越接近工件共振频率,裂纹面开合程度越高,因而引发的调制也越强,但低频激振力达到临界值后,裂纹面充分张开,因此调制强度不再增加。研究了不同高频激励参数下的振动声调制检测结果,发现高频激励幅度对调制强度影响微弱,但不同高频频率下调制强度差别较大;为提高检测效率,采用扫频技术寻求最佳高频激励频率,并编写了相应的LabVIEW程序;通过对不同解调方法进行对比,选取同步解调作为扫频激励下的接收信号中的调制信息提取方法,并定义了新的调制强度评价指标:扫频调制指数MI_SD。最后在扫频激励方式下对含不同尺寸裂纹铝杆试样进行了检测,验证了第三部分理论分析的正确性。在前述理论分析及实验研究的基础上,提出了一种振动声调制技术定量评价方法。采用同步解调方法对振动声调制检测信号中的调制信息进行了分析,结果表明,通过工件的高频超声可分为两部分,其中通过裂纹界面的部分受到低频振动的调制,另一部分则不与低频发生相互作用,由此对原有的杆内非线性调制模型进行了修正。根据修正后的调制模型,在考虑工件内高频声场分布的情况下,采用受调制的高频声波与工件中声波总能量之比对缺陷尺寸进行表征,与超声C扫描结果对比表明,此方法可较准确地估计杆内裂纹尺寸。最后主要探讨了振动声调制技术在实际检测中的应用问题。以铝杆开口槽试样、螺栓连接结构试样为研究对象,考察了振动声调制技术对不同界面接触程度的适应性。结果表明,界面从不接触到充分接触过程中,其引起的调制强度随之增加,而其接触程度的进一步增加则会使调制强度减弱。同时研究了此技术对复杂结构内部缺陷的检测能力,实验认为,选择合适的高频激励/接收位置和高频激励频率,也可对其内部质量进行初步评价,破坏性测试结果验证了此方法的可靠性。