高铁钢轨状态直接影响运行安全,及时发现钢轨内部缺陷,对维护铁路基础设施结构的完整性和保障铁路运输安全意义重大。目前铁路现场使用的轨检车均占用天窗时间,不能实时在线监测钢轨缺陷。超声导波具有远距离传输时能量衰减小的优点。导波在钢轨中传播时,遇到缺陷会产生回波信号,通过分析回波信号即可实现钢轨缺陷的实时在线监测。然而钢轨具有复杂横截面,超声导波在钢轨中可传播的模态数量众多,缺陷回波信号复杂。因此,研究钢轨中导波模态的激励方法,实现较为单一的特定模态激励是导波技术应用于钢轨缺陷检测的重点。针对钢轨中导波模态激励的难题,提出了一种无缝钢轨中导波模态的激励方法,确定各模态的激励方向、激励系数和激励位置。基于半解析有限元方法求解得到钢轨中导波模态的振型数据,计算各模态振动位移向量的欧式距离,选取平均欧式距离最大的方向作为最佳激励方向;分别研究钢轨轨底、轨腰和轨头三个截面,计算三个截面振动特性比例关系确定钢轨不同截面的激励系数;建立节点振动数据的协方差矩阵,利用协方差值大小确定最佳激励点。采用激励响应计算方法对导波模态激励方法进行仿真验证。激励信号的中心频率分别选取200 Hz和35 k Hz,在钢轨的最优激励节点和方向上,按照激励系数在钢轨轨底、轨腰和轨头施加一定比例大小的激励信号,通过测量各模态的仿真群速度进行模态识别。仿真结果表明,提出的激励方法能产生特定模态且群速度误差较小,但高频时有干扰模态的产生。为优化导波模态激励方法,引入相控延时技术,激励方式由点激励优化为阵列激励,基于特定导波模态设置换能器的安装间隔与激发时序。通过ANSYS有限元软件进行三维仿真,通过测量导波群速度并结合二维快速傅里叶变换方法测量导波相速度实现模态识别。仿真结果表明,该方法能激励较为单一的特定模态且抑制了干扰模态的产生。最后,将以上研究的导波模态激励与识别方法用于钢轨的缺陷检测。基于不同的导波模态对钢轨不同部位缺陷的检测灵敏度不同,为实现钢轨不同部位缺陷的快速定位,对导波模态选取方法进行了研究。提出应变能分布图与群速度频散曲线相结合的方法,选取对钢轨不同部位缺陷敏感且非频散特性好的模态。基于ANSYS有限元软件对钢轨缺陷检测进行仿真,并利用3.5 m长的钢轨不同部位的缺陷进行实验验证。仿真和实验的结果误差均较小,表明选取的特定模态对缺陷部位敏感,验证了论文提出的钢轨缺陷检测中导波模态选取与激励方法的有效性。