在化工、石油以及电力等工业中使用大量的管材，定期对这些管材进行检测非常重要，否则可能导致严重的后果与损失.传统的单点超声检测或成像方法效率低且实施代价高，越来越无法满足工业发展的需要，而管道超声导波可同时对激发与接收点之间的整个区域进行检测，并且无须象单点检测方法那样将管道覆盖层全部移除，实施方便且代价低.这些优点使超声导波进行管道缺陷探测的研究成为无损检测领域一个热门课题. 随着工业的发展，迫切要求能够对使用中的管材进行现场实时的检测，而在很多情况下，如热交换管，接触式的检测方法往往难以满足要求甚至无法实施，因此对非接触式方法研究越来越受到重视.非接触激发和接收超声主要有电磁法和激光超声，后者的优势非常明显，如可实现远距离实时检测.然而，激光激发的导波频带很宽，并且模式极其丰富，同时，由于色散效应，波形在时间和空间上会发生畸变而变得更加复杂.实际的检测和定量表征缺陷依赖于清晰的理论分析，故对激光作用在管道外壁上所导致的动力学响应作详细研究非常必要，包括分析管道的几何参数，材料参数以及激光束的空间分布对各模式激发效率的影响.本文首次运用本征函数展开法导出了激光诱致熔融源与蒸发源作用于管外壁所导致管壁内各点振动的精确解析解，对上述两种源在不同几何参数管道内所激发的主要导波模式位移波形及总位移波形进行了数值模拟，同时运用短时傅氏变换(STFT)对波形进行处理得出时频分布图，以此为基础，对两种源激发波形的特点进行了比较并讨论了管道几何参数对导波激发及能量在模式间分布的影响. 轴对称纵振导波L(0，2)模式在一定的频带内，非色散且传播速度最快，故该模式经缺陷反射后的波形简单，利于分析定征缺陷.本文详细讨论了利用压电换能器激发L(0，2)模式的方法，利用有限元法对L(0，2)模式经各种缺陷反射后的波形进行了模拟，分析了缺陷深度，环向延伸度以及激发频率对各种反射模式反射系数的影响，且对缺陷所导致的模式转换现象作了简单讨论. 由于现场检测对压电换能器放置有所限制以及轴对称导波模式对某些缺陷和腐蚀不敏感，故利用非轴对称模式进行管道缺陷检测具有非常重要的意义，但是有关研究长期以来没有大的进展，其原因之一在于难以象激发轴对称导波一样，激发出比较单纯的非轴对称模式，否则激发出的导波及其经缺陷反射后的波形非常复杂，难以从中提取有用信号.本文以本征函数展开法为基础，首次提出了一种利用压电换能器激发出比较单纯的非轴对称导波F(1，3)模式的方法，并利用有限元法对F(1，3)模式经各种缺陷反射后波形进行了模拟. 本文研究工作对管道无损检测理论与技术的贡献在于：1.首次将激光超声技术引入管道无损检测领域.激光超声技术具有非接触的优点，可进行远距离实时检测，故在化工、石油以及电力等广泛使用管材的工业有着极其广泛的应用前景.理论上，本文将本征函数展开理论作了进一步推广，利用其研究了三维管道的瞬态响应问题，得出了形式简洁的瞬态响应解，以此为基础首次导出了激光诱致熔融源与蒸发源作用在管道外壁所导致的管壁内各点振动的精确解.另外，本文还对上述两种源在不同几何参数管道内所激发的主要导波模式位移波形及总位移波形进行了数值模拟和分析，同时对两种源激发波形的特点进行了比较并讨论了几何参数对导波激发及能量在模式间分布的影响.这些工作为激光超声技术在管道无损检测中的应用奠定了坚实的理论基础. 2.首次以本征函数展开法为基础提出了一种利用压电换能器激发出比较单纯的非轴对称导波F(1，3)模式的方法，解决了如何激发单个非轴对称导波模式的难题.类似于L(0，2)模式，F(1，3)模式亦在一定的频带内，色散小且传播速度快，故其经缺陷反射后的波形简单，利于分析定征缺陷.但是与L(0，2)模式相比，F(1，3)模式对某些管道缺陷，如沿轴向分布的管道缺陷，更加敏感.本文利用有限元法对F(1，3)模式的激发及其经各种缺陷反射后的波形进行了模拟，从已经得到的初步结果可推断利用非轴对称导波F(1，3)模式进行管道缺陷检测是完全可行的.