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复合材料因具有高的比模量、比强度以及良好的可设计性等优点，在航空工业领域的应用比例正不断增加。与此同时，硬质金属合金部件作为航空工业结构的主承力部件，在实际应用中仍占有大量比例，且关键部件多通过在孔（如紧固孔、铆孔）中安装紧固件而装配在一起。由于航空结构复杂的服役环境和受力状态，其使用寿命的长短在很大程度上取决于新型复合材料和紧固孔这一重要应力集中结构细节的健康状况。针对航空领域新旧材料更迭的发展现状，发展新型的材料缺陷检测和结构健康监测技术，具有重要的工程价值和社会价值。 本文基于线性三维弹性理论，针对复杂板结构中的Lamb波传播特性，重要结构细节对远场散射行为影响和外界环境非均匀表面变湿效应的问题，从理论推导、数值计算、有限元仿真、试验系统搭建、检测参数优化、实验信号处理和附载水滴的表征成像等方面开展研究工作，主要内容如下: (1)建立了单层正交各向异性板中非主轴方向Lamb波传播的解析模型。基于正交各向异性材料的本构方程、几何方程和波传播的控制方程，将波场的位移偏振分量表示为勒让德正交多项式级数和的形式，推导了Lamb波沿正交各向异性材料非主轴方向传播时的波动方程。通过将传统波动偏微分方程的求解问题转化为一特征值问题，实现了对波动方程的数值求解。在验证了上述方法正确性和适用性的基础上，分析了Lamb波沿不同的非主轴方向传播时，频散特性和位移场分布的影响。 (2)构建了任意各向异性多层板中耦合Lamb波传播的解析模型。在单层正交各向异性板Lamb波传播模型的基础上，修改材料的本构方程，同时将矩形窗函数引入到各层材料的性能参数，推导了任意各向异性多层板中耦合Lamb波的波动方程。通过对波动方程的求解，以纤维增强复合材料为例，分析了纤维铺层角度的变化对耦合Lamb波频散特性、位移场分布和应力场分布的影响。相关方法为后续研究提供了理论基础。 (3)提出了增量散射的概念，并通过理论预测和实验研究两种方法对其进行了验证。基于线性有限元分析的假设，模拟了Lamb波与紧固孔-裂纹复杂散射体的相互作用，理论计算了其远场增量散射分布。搭建了激光扫描测量系统，通过对实验数据进行频散波包几何传播损耗补偿和距离补偿，实现了对Lamb波远场散射分布的高分辨率测量。阐释了频率相关性、裂纹位置和孔的直径对Lamb波增量散射分布的影响。 (4)构建了Lamb波与单水滴相互作用的三维有限元模型。基于线性有限元分析和声-固相互作用，在忽略水滴自身重力的影响下，模拟了Lamb波与轴对称球冠形水滴的相互作用，分析了远场散射分布的频率相关性、接触角和水滴直径效应的影响。同时，考虑躺滴受到自身重力影响的情形，基于毛细力平衡方程，通过一阶摄动解计算了躺滴的真实轮廓坐标值，比较了具有相同底面直径大小的躺滴和球冠形水滴的远场散射分布。 (5)实现了单水滴附载的Lamb波实验参数表征和成像。提出了四种特征参数，对单水滴的累积效应进行了表征，并对检测参数进行了优化。发展了椭圆成像算法，以宽频Chirp激励为基础，实现了结构表面单水滴的定位和成像。