在结构服役期间,内部缺陷是造成其存在安全隐患的主要原因。因此,建立一套可靠的缺陷识别方法对解决此问题至关重要,而基于数值分析进行缺陷识别是最常用的方法之一。数值分析方法借助计算机模拟,有着很强的环境适应性,且全部布置在结构边界的测点,为无损识别结构缺陷提供了基础。合适的缺陷几何描述方法是缺陷识别的关键,针对常见的裂纹及空腔型缺陷,本文分别提出了两种方案用于裂纹及多联通复杂缺陷的描述。同时,采用比例边界有限元法进行测点响应量的模拟,充分发挥该方法在分析带有裂纹等缺陷问题的优势,实现了裂纹、空腔及混合缺陷的识别,具体研究内容如下:（1）通过识别比例中心位置进而调整开口单元的分布,建立了一套裂纹尖端位置的识别方法,从而达到对直裂纹长度、方向及位置的有效识别。比例边界有限元法中有一类特殊的开口单元,其比例中心位于多边形单元的顶点上,该方法能够较为准确地描述裂纹尖端附近位移场和应力场。基于此,本文构造了与比例中心坐标相关的目标函数,借助粒子群和灰狼算法对目标函数进行优化,实现了多个带裂纹结构包括扳手等复杂模型的裂尖位置识别,并详细讨论了两种优化方法的收敛性与抗噪性。（2）利用参数水平集高效的拓扑性能,采用单个、两个及三个水平集函数分别建立了空腔、裂纹及混合缺陷的识别理论。一方面,为实现正反问题的无缝对接,形成对任意缺陷的自适应网格划分,像素四叉树网格划分方法被采用。四叉树网格可通过像素矩阵快速生成,且该网格在比例边界有限元框架下可直接使用,无需考虑悬挂节点问题。同时四叉树网格形成总体刚度阵仅依赖于六种母单元,极大地提高了正问题分析效率。另一方面,反问题优化方法采用演化类算法,有效避免了对目标函数的灵敏度求解,且在初始猜测极具一般性的情况下,仍能准确识别出缺陷位置。此外,通过数值算例讨论不同反演环境如噪声、激励、测点分布及参数水平集系数维度对缺陷识别结果的影响,形成了一套裂纹、空腔及混合缺陷识别方法。本文数值算例的全部测点均设置在结构边界上,使得测量信息在不损坏结构的前提下被直接获得,因此实现了缺陷的无损识别。此外,自适应的网格生成技术与完备的反演环境为解决三维缺陷识别问题及其他几何重构的实际应用提供了新思路。