随着经济的快速发展,社会对石油、水、天然气等液体和气体性质资源的需求量急剧增大,管道运输在传送液体和气体物资上的独特优势,使得管道在经济建设中发挥着越来越重要的作用。而由于大多数管道又面临比较恶劣的工作环境,管道、特别是钢制管道,在运输介质和环境的共同作用下,极易发生腐蚀,形成穿孔、裂纹等缺陷,导致管道运输的可靠性和安全性降低,甚至引发泄漏、乃至爆炸事故。因此,管道、尤其是在役管道的缺陷检测方法研究具有重要意义。为了实现对管道结构的缺陷检测,本文采用了数值模拟与试验研究相结合的方法,通过利用压电陶瓷阵列激发出超声导波的测量,实现对管道缺陷的识别与定位。其具体工作包括以下几个方面:(1)在介绍压电材料及基于压电的结构健康监测的相关理论和方法的基础上,针对管道结构的特点,介绍了压电材料的选择及监测系统的组成与布置。(2)基于导波的基本理论,针对管道中导波的特性,结合频散方程,实现对管道频散曲线的确定。根据所用的管道模型,以及该管道模型对应的频散曲线,选定激励电信号。(3)考虑压电效应与压电陶瓷与管道结构的耦合效应,通过有限元软件ANSYS建立多物理场耦合分析模型,对管道超声纵向模态导波和扭转模态导波进行数值模拟,探究应力波在管道中的传播机理。在不同健康工况下的管道一端由PZT作为驱动器,激励出纵向模态导波和扭转模态导波,并通过接收端接收回波信号,分析接收到的信号,定义损伤指标,实现管道缺陷的位置和大小的检测。(4)设计了不同工况的管道试验模型,在模型中外贴压电陶瓷片作为驱动器和传感器。分析不同激励信号下的测量信号,验证了基于压电陶瓷的主动波动测量的管道缺陷检测方法的效果。