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轮轴是高速铁路转向架系统的主要承载结构，因此，需要其可靠性具有更高的要求。高铁轮轴具有厚壁空心变截面的结构特征。这种结构形式使得超声导波在其中传播的特征更为复杂。本研究系统研究了导波在高铁轮轴结构中传播的机理，从而探究对这种结构进行基于超声导波的结构健康监测的方法。在研究中，采用压电晶片作为超声导波的激励器和传感器。激励器网络分别采用单一压电片和环形均布的压电晶片形式，以在结构中激励出超声导波。最后采用解析法和有限元法对结构中的对称纵波模式进行分析，当这种模式的波遇到结构中的损伤时，会产生波模式的转换，产生非对称的扭转模式波。利用这种波与损伤相互作用的模式转换，可以进行损伤的识别。该方法在很大程度上提高了基于导波结构健康监测技术中的最小可识别损伤。