工程结构广泛的应用于生产和生活中的各个领域，近些年来工程结构方面的事故层出不穷，其安全性和可靠性越来越备受关注。结构健康监测技术能够实现对结构的实时、在线、主动监测，成为一个研究热点。目前基于超声导波的结构健康监测技术的应用主要局限于板状，管状等简单结构，对于其在工程实际中复杂大型结构中的应用研究较少。因此探讨利用基于导波方法对复杂结构进行损伤检测具有重要的现实意义。本文以导波的基本理论为基础，利用有限元仿真和实验相结合的方法对导波在复杂结构(厚梁、压力容器和高铁轮轴)中的传播机理进行了研究，分析了损伤对导报传播的影响。在此基础上对真实的损伤(疲劳裂纹)，真实的工况状态(固液耦合状态)进行了研究，并且引入了基于损伤识别方法。论文首先阐述了导波的基本理论，其中包括无限介质中的弹性波、弹性半空间的平面谐波、无限大薄板中导波和空心圆柱结构中的导波等。推导了自由板以及空心圆柱结构中的频散方程，并开发了导波频散特性分析软件。引入有限元仿真方法对导波传播，驱动器、传感器和损伤进行数值建模。搭建实验平台并介绍了实验信号处理方法。提出了基于导波的结构健康性监测技术中激励频率选择的标准化流程。综合考虑了影响导波激励中心频率选择的各种因素，如：选取适当的导波模式、降低频散效应的影响、增加导波信号的幅值、提高信号时域分辨率和抑制局部对称效应，考虑固液耦合状态等。基于以上分析优化了激励信号的参数通过在厚梁结构中引入切槽损伤和疲劳裂纹损伤，研究发现：结构中的非对称型损伤会引起导波的模式转换(S0模式和A0模式互相转换)，对称型损伤不引起导波的模式转换。当损伤角度不变时，损伤反射波信号的幅值随损伤等增大而增大，到达时间也随之滞后。除此之外，利用导波方法对真实的疲劳裂纹进行损伤识别，并与切槽损伤结果进行对比。对压力容器中导波的传播机理进行了研究，利用形状相似原则分析了导波在压力容器中传播时的频散性。通过对比理论群速度，有限元仿真群速度和实验群速度验证了该原则的正确性。分析了导波在压力容器结构中传播时沿周向传播的周向导波和沿轴向传播的三种导波模式：扭转模式，纵向模式与弯曲模式。综合考虑模式的可激发性、可重复性、频散特性、传播速度、对损伤的敏感性以及对固液耦合情况下导波能量的泄漏的抑制等因素，最终选择L(0,2)模式监测结构损伤。建立了压力容器结构的有限元模型，数值模拟了弹性导波在结构中的传播情况以及导波与各结构孔洞的作用情况。利用实验信号与有限元仿真信号的对比，实验结果与数值仿真记过具有很好的一致性，验证了有限元模型的正确性。根据导波在压力容器中的传播路径，利用Tof法，结合有限元仿真曲线分析了实验信号的波包成分以及各波包的形成原因。实验结果与理论分析具有较好的一致性，证明了理论分析的正确性以及基于导波的结构健康监测技术在压力容器的无损检测中应用的可行性。对于变截面厚壁结构(高铁轮轴)，常规的“单发多收”的监测方法不再适用。由于高铁轮轴是轴对称的结构，当结构中存在损伤时，这种对称的环境将被破坏，对称模式的导波将向非对称模式转换。在结构中引入对称排布的驱动器同时激励，将抑制导波中的非对称模式，继而仅激发出对称的纵向模式，当对称的纵向模式与损伤作用后将发生模式转换，形成弯曲模式，弯曲模式的产生将引起质点周向的振动，通过获取结构中相应区域质点的周向振动就可以判断结构中是否存在损伤。此方法不受轮轴壁厚和变截面的限制，大大提高了该方法在工程实际中应用的可行性，除此之外，该方法对微小损伤非常敏感，适合监测结构中的初始裂纹。