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基于导波技术的结构健康监测技术可以在线监控结构的状态，无需定期停机检修维护，从而大大降低了维护成本，成为一个研究热点。目前基于导波方法的研究主要集中于薄板和薄壁结构，而实际应用的结构设备一般都比较庞大，特别是结构的支撑部分多是一些厚梁或厚壁管状结构。因此探讨利用导波方法对厚壁构件进行损伤检测具有重要的现实意义。
在基于导波方法的管路设备的检测中，目前比较流行的是通过环形压电阵列来激发和接收导波。这种环形压电阵列能集中地产生轴对称纵向模式或者扭转模式，实现远距离的管道检测维护。但该技术只能对损伤进行轴向定位，而很多情况下损伤的周向定位也是必要的。
本论文研究了导波在厚梁结构和厚壁圆管结构中传播的机理，并基于导波方法对这两类结构中的损伤进行检测识别。在梁结构的损伤检测识别中，分析了切槽损伤和疲劳裂纹损伤位于梁的不同表面的情况；在管结构的损伤定位识别中，应用椭圆定位法实现管结构中损伤的轴向和周向定位。
论文首先对基于导波的结构健康监测技术进行概述，主要涉及导波的基础理论、驱动器与传感器、导波的建模、信号处理及管结构的损伤识别研究。总结了导波的基本特性及求解方程，这是对导波进行求解和分析的理论基础；介绍了本研究所采用的压电陶瓷晶片和实验系统，并提出在时域上对实验信号处理的方法流程。基于压电陶瓷材料的逆压电效应和正压电效应分别对PZT驱动器、PZT传感器进行有限元建模，得到在结构上施加剪切力和采集应力的简化模型，从而大大减少了有限元计算时间。通过算例中实验信号与仿真信号的对比验证了有限元模型的有效性。
基于Rayleigh-Lamb方程应用MATLAB软件绘制了板中Lamb波的频散曲线，并开发出相应的GUI程序。在Lamb波在厚梁结构中的传播机理分析中，首先研究结构厚度对导波幅值的影响，结果表明导波幅值随厚度增加而减小：优化激励信号的参数如窗函数和激励周期数，并讨论影响导波频率的选择的因素，针对梁结构给出了合适的频厚积范围；通过在数值仿真和实验中激励单一基础阶对称(S0)模式/反对称(A0)模式，建立梁结构中Lamb波基础模式的衰减曲线，并将其与板中的情况进行比较。
通过在厚梁中引入切槽损伤，研究导波与梁中损伤作用的规律。当损伤位于上表面时，在损伤反射波中观察到了模式转换的波包；而当损伤位于侧面时，模式转换波包消失，说明了导波遇到不对称型损伤时发生模式转换，而对称型损伤则不会；理论分析了当损伤位于上、下表面时导波模式的差异，并通过数值仿真进行验证。在对疲劳裂纹损伤的研究中，通过比较疲劳裂纹损伤与切槽损伤反射波差异，发现同等损伤深度下，疲劳裂纹反射波的幅值要小于切槽损伤，并且这种差距随损伤深度增加而减小。
在圆管结构中导波的传播机理分析中，首先基于频散曲线和波结构分析，总结了L(0，2)模式的特点。根据压电晶片激励下的波的传播情况，提出周向导波与轴向导波的概念。基于周向传感器信号的分析总结L(0,1)和L(0，2)模式的幅值随传播距离变化的关系，其衰减规律接近与板中的情况。分析了轴向导波和周向导波到达轴向传感器的规律，并通过数值仿真进行验证。
在圆管的损伤定位识别中，首次将椭圆定位法应用于圆管结构，并基于MATLAB开发了相应的GUI程序。首先介绍了椭圆定位法的原理，并根据管中导波特性进行模式选择；建立用于椭圆定位的传感器网络，优化传感器数量及粘贴位置，并通过数值仿真算例和实验进行验证与分析。在圆孔损伤的实验中将传感器网络置于圆管的一端，实验分析椭圆定位法的可检测范围和可检测大小。结果表明椭圆定位法能实现圆管中损伤的轴向和周向定位，相比环形压电阵列技术更适合于小长径比的圆管结构和管状容器的损伤定位识别。
本文的结论对于应用导波方法检测三维梁结构中的损伤以及圆管结构的损伤定位有重要参考价值。