钢结构因其轻质、高强、韧性好的优点被广泛应用于桥梁、海洋平台、交通基础建设等大型结构中。而此类结构的灾难性破坏往往会造成巨大的人员伤亡和经济损失。因此对钢结构进行损伤探测研究以提高结构安全评价的可靠性具有重要意义。基于导波的损伤监测技术因其较低的能量衰减和较大的监测面积受到了人们的广泛关注。本文基于Lamb波主动声发射技术对钢板的损伤定位与成像、表面裂纹开展的监测和表面缺陷的检测进行了有限元分析和实验研究。具体研究内容如下:首先根据弹性动力学理论讨论了弹性介质中Lamb波的传播机理,建立了各向同性自由板中Lamb波的频散方程。讨论了弹性介质中的超声波非线性畸变源,推导了Lamb波混合声学非线性指标和相对声学非线性指标的表达式。介绍了基于椭圆定位法的损伤定位原理和基于双变量核密度估计的损伤成像原理。其次利用ABAQUS软件建立了钢板的有限元分析模型,利用显示动力分析模块模拟了Lamb波在钢板中的传播过程。对窄带正弦波激励信号源进行了汉宁窗加窗处理,对接收到的回波信号进行了差信号处理和Hilbert变换。根据损伤定位和成像原理,分别对钢板中的单损伤和双损伤进行了定位与成像,得到了与实际损伤位置吻合良好的成像结果。基于Lamb波非线性特征,研究了材料自身非线性对非线性指标的影响。利用ABAQUS软件静力分析模块模拟了钢板中表面裂纹的开展,并将静力分析结果传递至显示动力分析模块中,实现了对裂纹扩展过程中Lamb波相对非线性指标的监测。分析了裂纹扩展程度与相对非线性指标变化的规律。结果表明,该参数能够很好地表征裂纹的扩展程度。对钢板表面缺陷的探测进行了研究。数值模拟结果表明,Lamb波相对非线性指标能够有效地探测到结构中的表面缺陷。最后分别设计了基于Lamb波线性特征的钢板单损伤和双损伤识别、基于Lamb波非线性特征的表面缺陷检测的实验方案。得到了钢板单损伤和双损伤成像的实验结果图,与数值模拟结果吻合良好。绘制了表面缺陷和Lamb波相对非线性指标的关系图,与数值模拟结果进行了对比。分析了环境因素和实验模型对实验结果的影响。以上数值模拟和实验结果的一致性,证明了主动声发射技术用于损伤成像与表面裂纹扩展监测的可行性。