蜗卷弹簧由于其自身的优异性能被广泛应用于各类机械结构中,如机械表机芯游丝蜗卷弹簧和高压断路器弹簧操动机构中的储能蜗卷弹簧等。蜗卷弹簧的材料性能及其力学特性对机构的稳定性和安全性有很大影响。高压断路器储能蜗卷弹簧在经过长期多次的操作后很容易出现疲劳裂纹等损伤,对高压断路器的稳定操作带来了很大影响。本文以高压断路器储能蜗卷弹簧为实验对象,根据储能蜗卷弹簧的结构特点,将厚壁管道周向导波的研究方法应用于蜗卷弹簧的损伤检测,为蜗卷弹簧的周向导波检测做指导。本文的主要工作包括:（1）从超声导波基本理论出发,分析超声导波的主要特性以及超声导波应用于结构损伤检测的原理。根据蜗卷弹簧结构的特点,将蜗卷弹簧各圈近似为厚壁管道结构,通过借鉴厚壁管道内周向导波的研究方法,研究蜗卷弹簧各圈中周向导波的传播特性。（2）通过利用波动方程结合弹性力学知识计算厚壁管道周向导波频散方程,利用频散方程的数值求解方法对蜗卷弹簧各圈进行分析求解,得到蜗卷弹簧各圈频散曲线。对各圈频散曲线进行分析,可知表示蜗卷弹簧弯曲程度的形状参数与弹簧各圈的频散程度存在负相关关系,并探究在整个蜗卷弹簧中激励单模态周向导波对其检测的可行性。（3）通过对蜗卷弹簧各圈频散曲线各模态频散程度的分析比较,选定了各圈中频散程度最低的第一模态作为蜗卷弹簧导波检测的模态,并通过蜗卷弹簧四圈第一模态激励频率和入射角关系曲线的求解分析,得到激励该模态的传感器的频率和入射角。（4）通过研究弹簧操动机构的工作原理分析蜗卷弹簧实际工作中的受力情况,利用有限元分析方法对蜗卷弹簧的储能过程进行分析求解,得到蜗卷弹簧各圈的应力分布,由应力分布情况得到蜗卷弹簧最外圈最容易出现应力损伤的结论。（5）以最容易产生损伤的蜗卷弹簧最外圈为检测对象,利用选定频率和入射角的传感器激励选定的第一个的周向导波模态对蜗卷弹簧外圈上的两个预制缺陷进行检测。通过蜗卷弹簧回波信号的分析,验证选定的传感器激励了需要的导波模态,并通过该模态导波对弹簧缺陷进行识别和定位。（6）针对蜗卷弹簧结构的特点和在役状态下的检测要求,设计了满足条件的导波传感器结构,并优化选择了传感器压电晶片、楔块等参数,研制了三组具有不同背衬的导波传感器,通过传感器性能的对比,发现含石墨烯的高钨粉比例的传感器更适用于对蜗卷弹簧缺陷的检测。本文首次将周向导波应用于对蜗卷弹簧结构的损伤检测,对蜗卷弹簧内周向导波传播特性做出了一定探索性的研究,为蜗卷弹簧损伤检测的进一步研究做基础。