结构中的导波由于具有传播距离远、可检测结构中任意部位缺陷、可实现结构的实时健康监测等优点而发展成为一种强有力的无损检测技术。结构中的损伤具有多尺度性质，按照可检测工程结构内部损伤的尺度区分，导波检测技术可分为线性导波技术和非线性导波技术。线性导波技术用来检测结构中的宏观损伤(开口裂纹、孔洞、层裂等)，非线性导波技术则对结构的材料性能退化及微损伤十分敏感，可有效评估结构中的早期微观损伤。

本文以实验技术为主要手段，结合数值模拟及理论分析，采用线性及非线性导波技术深入研究典型工程构件(梁、圆环及板)中的损伤检测问题。基于线性导波检测技...>> 详细

。基于线性导波检测技术.全面分析了复合材料悬臂梁及圆环构件中宏观裂纹的定量检测。应用非线性导波检测技术，对铝板的固有非线性进行表征，并实验验证Lamb波二次谐波的对称性。同时，本文深入探讨连续小波变换(CWT)在多模态弥散导波信号处理中的应用，重点考察两种常用连续小波(Gabor小波和Morlet小波)的时频分析特性及其在损伤检测中的不同性能。本文主要工作包含以下内容:

(1)理论分析Gabor小波和Morlet小波的时频分析特性。结果表明Gabor小波具有较高的时间分辨率，Morlet小波具有较高的频率分辨率。这为导波信号分析中如何选取连续小波母函数提供了理论指导。当时间分辨率是损伤检测需求中的关键因素时，应该选取Gabor小波对导波信号进行分析:当频率分辨率为影响损伤检测结果的主要因素时，则应选择Morlet小波进行分析。

(2)采用有限元分析及动态电测实验技术研究玻璃纤维增强复合材料悬臂梁中裂纹的定量检测。将Gabor小波和Morlet小波应用到梁中弯盐波的分析中，首先通过多频率小波变换确定对裂纹敏感的频率组分，通过该组分提取损伤特征(裂纹反射波)，然后根据ToF(time-of-flight)技术成功检测出裂纹的位置及相对大小。同时实验验证了具有较高时间分辨率的Gabor小波可以更加准确地确定ToF及裂纹位置。

(3)采用有限元分析、动态电测实验技术及压电传感器技术首次实现了圆环径向裂纹的定量检测，同时对导波模态选择及频率选取问题进行深入分析。通过Gabor小波提取合适频率的周向导波组分，识别损伤特征，成功确定了裂纹的位置及相对大小。通过研究不同频率导波组分在径向裂纹检测中的不同特点发现，低频波组分容易发生波峰重叠，对损伤不敏感;高频波组分对损伤敏感度高，但具有较多模态导致波场变得复杂，因此实际应用中应该选取弥散度低的中高频组分进行损伤检测。通过对比周向导波低阶模态在裂纹检测中的性能发现，第一模态(即类表面波模态)在薄壁圆环的径向裂纹检测中性能最优。

(4)首次实验验证了Lamb波二次谐波的对称性。通过可变角度超声斜探头激励铝板中的对称及非对称Lamb波模态，采用Morlet小波提取基频波及二次谐波的幅值，计算相对声学非线性因子。对比所取Lamb波模态在铝板固有材料非线性表征中的不同性能，验证只有对称的Lamb波二次谐波具有累积传播性质，为非线性Lamb波应用中的模态选取问题提供指导。

本文基于导波检测技术实现了典型工程构件的定量损伤检测，并对其中的关键问题(导波模态选取、频率选取、导波信号分析等)进行深入探讨。本文工作为工程实际中导波检测技术的应用提供了理论指导，对于有效评估结构中不同尺度的损伤进而保障结构安全具有重要意义。

关键词:弯曲波，周向导波，非线性Lamb波，连续小波变换，裂纹检测