随着我国铁路高速建设,高铁普及化程度越来越高,由于无缝线路极大的改善了轨道结构,能够更好地满足“八纵八横”高铁网相关规划而得到了广泛的应用,然而无缝线路在消除轨缝的同时也带来了安全隐患,例如由于外界环境温差变化导致的温度应力,这将严重影响高速铁路的运营安全。针对无缝线路钢轨等具有复杂横截面的波导体,研究超声导波在波导体内的传播特性,建立选取导波模态的指标模型,从而制定超声导波的最优激励方案,改善接收端信号的模态复杂度,是本文研究的重点。弹性材料例如具有复杂横截面的钢轨中超声导波的传播特性主要为频散特性与多模态特性,描述导波传播速度的参数为相速度和群速度。本文基于半解析有限元法对CHN60型钢轨中超声导波的传播特性进行了研究,通过哈密顿原理建立了频散方程,计算得到了描述频散特性的频散曲线,并通过振型分析与激励响应分析研究了钢轨波导中超声导波的多模态特性,同时与实际情况相结合,研究了粘弹性波导中超声导波的传播衰减。针对高频段导波在弹性材料中传播时模态众多,接收端模态分离困难的问题,结合半解析有限元法与激励响应分析,选取频率系数、应力敏感系数、振动位置系数、激励位置系数、模态辨识系数这五个系数建立了指标模型,通过该模型可以指导激励方案的制定,并仿真验证了该模型的有效性。最后,在10#工字钢上进行了理论分析和试验验证。试验结果表明,激励响应分析可以正确的仿真高频段导波在波导体内的传播特性,且该选取模态的指标模型可以用于指导激励方案的制定,以改善高频段导波模态过多导致的模态叠加问题。