板状结构作为一种常见的结构形式,其自重约为同等条件下钢筋混凝土板自重的1/2~1/3,广泛应用于各工程领域。由于板材的制作是经过多道轧制工艺和大变形量而形成的,在结构服役的周期内,多种因素的影响会使板面产生疲劳裂纹,导致结构整体性能的退化,甚至发生破坏引起突发事故。故对其板材进行损伤检测、缺陷定位、损伤程度评估、结构使用寿命预测以及结构损伤的自动修复进行研究是非常有必要的,这对于确保工程结构的安全运行有着重要的理论和实际应用价值。本文基于非接触空气耦合超声波检测技术实现对板状结构的检测。与常规的超声检测技术如接触式、水浸式等相比,非接触空耦超声检测技术最大的特点就是无接触、无浸入,且更容易形成聚焦超声波。可以自由地通过变换距离、角度、频率,激励出多种模式的超声波,基于此技术可以建立智能化集成系统对在役工程结构进行检测。在理论分析方面对空耦技术的穿透式和V透式进行了声传播模型的建立和数理推导,梳理出声阻抗、频厚积对能量透射率的影响因素,并绘图得到了量化参数。在数值模拟方面提出了一种新的信号加载方式“单元群面荷载激励法”,相较于传统模拟方法,它可以通过步进激励和接收实现整个板面全覆盖模拟检测。在V透式研究中,提出了基于梯度荷载法和基于表面效应单元法的建模方法,首次实现了入射角度的可视化模拟并通过绘制可视化图像验证了检测方法的有效性。通过模拟入射角度对传播能量的影响找到了与理论临界角相近的入射角度,通过基于雷达声源定位对超声换能器的声场特性研究确定了检测距离,为实验研究提供了参数。在实验研究方面,制作了单侧式扫描支架,建立了非接触空气耦合超声波检测系统。通过V透式实验得到了声压信号能量幅值—扫描位置关系曲线,并与模拟结果对比发现二者具有一致性。在数据处理模块中提出VMD分解技术,由于它的低频抗噪性、对原始信号的保真性和较高的运算效率,对于大量扫描数据的处理具有很大便捷性。通过提取接收信号的峰度特征值并绘制基于扫描坐标的板面特征值分布图,实现各方向信号成像,对多方向信号应用MATLAB图像融合技术实现了裂缝缺陷的成像定位。最后,基于超声波在板中传播的可视化模拟时发现的能量陷落现象,根据激励信号的特性和钢板裂缝缺陷的分布位置认为是驻波导致了能陷现象的发生,通过对裂缝两端时域信号的提取对其进行了证实:驻波是能陷现象形成的原因。能陷现象的发现和驻波理论的引入能够更有效地检测出板状结构的表面微观缺陷,从而提高和完善非接触式空气耦合超声检测技术。