岸边集装箱起重机(简称岸桥)是港口集装箱装卸的主要设备。岸桥在运行过程中受到起升荷载、应力集中及环境等因素的综合作用容易产生裂纹,如果无法及时检测出,则在载荷作用下会加速扩展造成结构突然断裂,导致灾难性后果。岸桥金属结构的裂纹有表面裂纹和穿透型裂纹等多种形式,裂纹既存在于大面积金属板,也存在于加工孔、焊缝等应力集中区。因此,深入开展金属板裂纹的监测技术与评估方法研究,具有重要的学术意义和工程应用前景。面向金属板安全运行的工业需求,本文研究了金属板裂纹的超声Lamb波和SH波传播特性及表征方法,在此基础上,提出基于超声Lamb波的金属薄板裂纹监测与定量化评估方法,开展岸边集装箱起重机金属厚板裂纹的超声SH波和Lamb波监测技术研究。论文的主要研究内容包括:(1)开展了激励超声Lamb波的压电陶瓷传感器参数设置及电激励加载的模拟仿真研究,得到简化的激励加载方式。建立金属板裂纹超声Lamb波和SH波传播模型,研究裂纹参数(长度、深度等)变化对超声导波传播特性的影响,研究表明,经裂纹散射的Lamb波信号存在对称模态与非对称模态的相互转换现象,且裂纹参数与模态转换信号的幅值密切相关。经裂纹散射的SH波信号不存在模态转换,且随着裂纹参数的变化,反射信号的幅值变化比透射信号更显著。(2)采用三维有限元仿真和实验相结合的方法,对圆形传感器网络的穿透裂纹参数Lamb波表征方法进行深入研究,分析了裂纹不同长度、不同角度和裂纹尖端的Lamb波表征方法,研究表明,透射信号的幅值和相位与穿透裂纹的长度近似线性相关,与角度(传感路径与裂纹长度方向的夹角)分段线性相关,在经过裂纹尖端时变化不显著。(3)开展了金属薄板穿透裂纹监测与定量化评估方法研究,基于含裂纹金属板中超声Lamb波传播特性和表征方法,提出能有效体现穿透裂纹特性的损伤因子求解方法,优于传统的相关性分析方法。结合不同角度的损伤因子变化特点和概率损伤成像算法,提出裂纹方向识别方法;建立不同裂纹尺寸的损伤因子数据库,提出基于损伤因子的裂纹尺寸概率评估方法。实验结果表明,该方法可对裂纹图像进行重构,评估误差在15%以内。(4)分析岸边集装箱起重机金属结构的失效模式,揭示了疲劳断裂是前拉杆失效的主要方式。基于磁致伸缩超声SH波技术,深入开展了前拉杆(金属厚板)的应力释放孔边裂纹和焊缝裂纹监测方法研究,在时域、频域和时频域上得到了监测信号随裂纹演化的变化规律。研究了环境温度变化对超声SH波散射信号的影响,提出环境温度补偿方法,并应用于监测信号的裂纹趋势分析中。提出监测信号的聚类分析方法,实现在无基准时对采集信号进行分类,初步解决了监测信号和裂纹演化等级的基本对应问题。另外,在青岛某港口码头开展基于超声Lamb波的岸桥前拉杆损伤监测现场试验研究,发展了孔边损伤定位与评估的延迟累加成像和数据融合方法,解决了前拉杆关键部位损伤监测的技术难题。