管道结构是工业运输和人们日常生活中不可缺少的一部分。长期赋役的管道,其内外壁都会受到侵蚀,导致管壁变薄或产生各种凹槽,这种管道损伤为正常的工业运输埋下了安全隐患。由于传统管道检测方法效率较低,耗费大量人力和财力,因此有必要提出一种新的检测方法,提高管道的检测效率和检测精度,从而为实际工程检测提供一种可行性方案。鉴于超声导波具有传播距离远,耗散慢等优势,被广泛应用于各种大型结构的健康检测。目前,也有学者将超声导波应用于管道检测,但由于管道中导波模态复杂,且耦合严重,难以分析管道中缺陷和导波作用的机理,因此,现有超声导波的管道检测方法仍处于定性分析的层面。为了解决这一问题,本文提出了一套基于超声导波定量化检测管道缺陷的方案,通过该方案不仅可以迅速得到缺陷的位置,而且能绘制出缺陷的三维轮廓,以满足实际工程检测的需求。该方案主要由以下四部分组成:(1)通过弹性波理论推导管道中导波的弥散方程及半解析基本解;(2)基于半解析有限元和传统有限元方法求解管道中的散射波场;(3)以动力学互易定理为基础,构建缺陷边界积分方程,通过对边界积分的推导完成轴对称缺陷和非轴对称缺陷的重构工作;(4)通过小波分析,处理重构中噪声。针对这四部分的研究,本文提出了如下五个创新点:(1)以半解析有限元法和有限元法为基础建立混合有限元法,并用于管道散射波场的求解;(2)基于边界积分方程推导解析形式的缺陷表达式;(3)采用半解析有限元分析任意曲面中导波的弥散特性;(4)通过对解析形式的缺陷表达式深入分析,提出一种全新的缺陷重构方法—傅里叶变换的定量化检测(QDFT),该方法可用于重构绝大多数二维结构中的缺陷;(5)以小波去噪为基础,提出了一种适合本文重构方法的去噪方案。为了验证这些创新点的合理性和实用性,文章中进行了大量的数值仿真,和相应的理论证明。