基于压电双向耦合理论,采用解析法和有限元方法,对压电传感器激励超声波进行了数值模拟。压电晶片传感器(PWAS)具有体型小、重量轻、价格低廉以及可以制造成各种形状等特性,能够显著地改善结构健康检测、损伤检测以及无损评估。近年来已经广泛应用于航空航天、土木、机械、交通以及医学等领域。本文以压电晶片传感器为研究对象,进行理论分析、数值模拟研究压电晶片传感器与结构间的相互作用及能量转换关系。　　 本文的主要研究内容如下：　　 阐述了压电的基础理论,重点介绍了压电双向耦合效应和压电本构方程。基于线弹性理论和各向同性介质内的运动方程,得到弹性运动控制方程,建立了PWAS激励无限大平板内Lamb波的物理模型。通过积分变换方法,获得了声波场各力学分量的变换域解;并得到了声波场的特征方程。通过数值方法获得了声波场的时域解和色散曲线。　　 利用ComsolMultiphysics多物理场耦合有限元计算平台,对PWAS激励平板内Lamb波进行了有限元数值模拟,得到了板中Lamb波的时域波形,并且将计算结果与积分变换法计算结果进行对比分析。通过对不同接收位置的位移信号进行对比,分析了Lamb波不同模态的波群的传播速度及色散特性等。　　 基于一维压电耦合和弹性波方程,建立压电晶片激励金属梁结构中超声波解析模型,得到了结构中的时域位移波形和PWAS的电功率与结构中的声波场功率的频率响应,进而分析了激励信号频率与驱动器尺寸对能量转换的影响。结果表明,PWAS的有功电功率转化为结构中的声波场功率,在梁结构中激励轴向波和弯曲波。通过改变激励信号频率和传感器尺寸可以实现声波场位移和功率幅值的调节,达到强度选择或模态选择。　　 随着结构健康监测技术的不断发展,压电晶片传感器在其中发挥越来越重要的作用,本文工作为小型化PWAS的优化设计和应用于实际的结构健康监测提供理论依据。