随着方钢管结构在建筑和土木工程机械中的广泛应用,方钢管的检测对于确保这些建筑和机械的安全变得越来越重要。然而,目前最常用的传统超声检测方法检测效率较低。基于该现状,本文将超声导波的检测技术应用到方钢管的检测中来,通过数值模拟和试验研究相结合的方法进行方钢管中的损伤识别研究,主要研究内容有:首先,利用半解析有限元法推导了方钢管结构的频散方程,将其频散曲线与板和圆管结构对比,分析了方钢管中导波模态随频率的变化关系;同时也分析了截面尺寸对方钢管中导波频散特性的影响;确定了导波前两阶模态作为激励模态,为后续的数值模拟和试验研究奠定了基础。其次,通过数值模拟和试验研究的方法探究了方钢管中导波的传播特性。综合考虑了激励方式、压电片布置形式和尺寸大小、激励频率,探究这些因素对方钢管中导波传播的影响。结果表明,长条压电片横向布置形式激励效果要优于角部激励、整周激励,方钢管中导波能量主要集中在激励面,且模态数量少;确定压电片横向布置形式作为检测的激励方式,60k Hz和70k Hz作为检测的激励频率。最后,通过数值模拟探究方钢管中的损伤对导波的作用,提出一种基于对称性分析的损伤识别方法,检测了方钢管中的圆孔损伤和裂缝损伤。研究发现,与无损状态相比,当导波传播到损伤处时,中孔和边孔处的节点幅值都明显增大,发生明显的能量集中;且中孔缺陷端部中间位置节点的缺陷回波幅值较两边大,而边孔缺陷则是边部位置节点回波幅值较大。所以可根据缺陷的位置调整压电片的位置来提高识别效果。试验结果表明,该方法能够有效识别与定位方钢管中不同类型、不同位置的损伤,且窄面损伤比宽面损伤更容易识别;损伤识别效果也会因激励频率、损伤尺寸大小、损伤位置等不同而有所差异。因此,基于超声导波的检测技术是一种有效的、有前景的方钢管检测方法。