复合材料具有高比强度和比刚度等优点,被视为航空航天等先进工业领域未来发展的关键性材料。复合材料结构在服役过程中会产生诸如分层等类型损伤,在影响结构工作性能的同时也是影响结构整体安全性能的重大隐患,威胁人民生命财产安全甚至国家安全。超声Lamb波检测方法作为一种损伤评估技术,对结构中存在的诸多类型的损伤均较为敏感,是复合材料结构损伤检测领域的常见方法。本文面向复合材料中的疲劳累积损伤和疲劳早期出现的微小损伤类型,从理论、仿真和实验层面对线性Lamb波和非线性Lamb波方法进行了深入的研究,主要内容和创新点如下:(1)复合材料板中Lamb波的理论研究:论文对比分析了三维弹性理论、板理论、半分析有限元方法以及有限元仿真技术在复材Lamb波理论建模方面的适用范围和优缺点。推导了一种新型三阶板理论(ToSDT),该理论模拟的低阶反对称Lamb波模态的精度优于普通板理论,且计算速度高于三维弹性理论十倍左右。全面分析了复材中Lamb波的传播特性,为实验设计和开展奠定了基础;(2)复合材料板中非线性Lamb波的理论研究:提出了一种超弹性横观各向同性材料模型,推导了复合材料板中Lamb波积累二次谐波产生的必要条件,列举了产生二次谐波的可选基波-二次谐波模态对,结合数值仿真方法验证了理论结果的正确性,为非线性Lamb波二次谐波技术在检测复合材料中微小损伤的实验开展提供了必要的理论指导;(3)实验测量复材板中Lamb波相速度频散曲线:采用非接触式激光超声检测系统(LGBI)实现了复合材料板中导波传播过程的可视化,并结合时间-距离图形和二维傅里叶变换方法实现了不同传播方向上、多个导波模态的相速度频散曲线的实验测量;(4)无损重构复合材料板刚度系数:提出一种基于反演Lamb波相速度值重构复合材料刚度系数的优化算法。结合灵敏度分析结果,仅采用两个导波模态在三个传播方向上的相速度频散曲线,实现了单向板和交叉板中九个等效单层刚度系数的完备重构;(5)定性表征复合材料疲劳累积损伤:建立一种复合材料疲劳累积损伤的定性无损评估方法,分别测量不同疲劳状态下复合材料中Lamb波传播的相速度值,计算出相应的材料刚度属性,进一步得到复材疲劳过程中的速度降和刚度降曲线,可作为复合材料疲劳累积损伤无损评估的有力手段,同时为复合材料剩余寿命的在线预测提供了可能。