管道结构作为五大运输方式之一,广泛应用于土木工程行业。管道在使用期间常常因为外力破坏、老化腐蚀、环境作用等影响因素而发生破坏,造成环境污染和经济损失,因此对于管道的损伤检测尤为重要,超声导波检测技术凭借其快速、高效、安全等特点,在管道结构无损检测领域中具有广阔的应用前景。本文利用超声导波探测技术,对直管段和弯管段结构中缺陷进行损伤定位以及其损伤程度的判断。(1)本文基于空心柱面导波理论,介绍导波相关概念、导波频散与多模态现象,并通过MATLAB软件绘制出管段结构超声导波的频散曲线。由频散曲线可以看出L(0,2)模态超声导波具有波速大,在某一特定频率段内基本上不发生频散,易与其他波形区分开来等特点。因此,选择L(0,2)模态超声导波作为本文的激励模态。(2)在ABAQUS有限元软件中建立直管段和弯管段有限元模型,利用显示动力分析模块模拟超声导波在管段中的传播。结果表明,激励频率为70KHz,激励周期数为10的L(0,2)模态导波最适合作为本研究的激励波形。在有限元软件模拟中可以清晰、准确地检测出直管段和弯管段中缺陷的轴向位置。(3)在模拟直管段和弯管段单损伤时,通过改变损伤的周向角度,并拟合反射系数曲线,可以大致判断出缺陷的损伤程度。在模拟直管段和弯管段双损伤时,通过改变距离激发端较远处的损伤周向角度,同样拟合反射系数曲线,对其损伤程度做出判断。结果表明,超声导波对于管段损伤的定位及损伤程度判断具有可行性,且在直管中传播与理论非常贴切,但是超声导波在弯管中传播速度较理论值有所偏小。在模拟焊缝对导波传播特性的影响时发现导波经过焊缝时会发生部分反射,且导波在有焊缝的管道中传播时能量损耗稍多于无焊缝的管道。(4)通过设计直管段和弯管段实验,验证了模拟过程对于损伤和焊缝定位的准确性。同时,也分析了实验过程中产生的误差和信号干扰产生的原因。结果表明,超声导波的传播在实验过程中能量损失较为严重,且产生大量杂波,对检测结果具有一定的干扰性。