开展面向航空结构的损伤检测方法研究是预防重大事故发生、提高飞行器经济效益、降低维护成本的重要手段。然而,常用的无损检测方法多以接触式的方式对结构进行检测,对于具有复杂曲面形式的航空结构,传统无损检测技术难以满足高自动化程度和高检测效率的要求。针对这一问题,本文开展了基于激光技术的非接触式、远距离无损检测方法研究。该方法的实质是采用激光传感或激光激励的方式提取损伤引起的结构动态响应变化,从而对损伤的位置和程度进行评估。在检测过程中,激光光路经过偏转镜的反射落在待测结构的表面。通过改变反射镜的转角就能够非常方便地实现激光大范围的移动和扫描。因此,该技术适合应用在检测面积很大的航空结构中。本文具体从激光振动和激光超声两个方面进行无损检测方法的研究。首先,激光振动损伤检测方法利用结构的低频振动响应,能够对损伤出现的位置进行识别;其次,采用激光超声损伤检测方法,激励结构中的高频Lamb波信号,实现对损伤具体形貌的成像。论文从理论推导、数值仿真、系统搭建和实验验证等多个方面开展了深入的研究,主要工作和创新点如下:1.提出了基于稀疏边界测量技术的虚拟激励检测方法。①建立了虚拟激励法在"弱"形式下的检测原理;②推导了损伤特征因子与虚拟单元边界振动响应之间的关系;③提出了激励频率和权函数的选择方法,避免了算法中使用数值差分求解振动位移高阶导数的过程;④采用数值仿真的手段验证了所提出方法的检测效果。这部分研究主要解决了传统严格形式下虚拟激励法抗噪能力弱的缺点,并采用了虚拟单元划分的方式,通过离散单元检测的手段减少了测量的点数。2.建立了激光振动与含金属芯压电纤维智能夹层组合的损伤检测系统。①以基于稀疏边界测量技术的损伤检测方法为理论基础,结合了激光多普勒测振和含金属芯压电纤维智能夹层两种测量方式进行了系统搭建;②提出了含金属芯压电纤维智能夹层的封装方法及其标定流程;③通过欧拉-伯努利梁的实验,验证了所提出方法的有效性。这部分研究主要解决了结构分布式高频应变的测量问题,并采用多传感系统融合的方式实现了虚拟单元边界振动情况的测量,实现了所提出检测方法的应用。3.提出了基于Lamb波波场数据分析的损伤成像方法。①在激光超声检测技术获取结构中Lamb波传播波场数据的基础上,建立了损伤附近Lamb波传播的简化模型;②提出了基于小波变换的Lamb波干涉能量提取算法;③提出了基于入射波异常信号能量提取的损伤成像方法。通过这部分内容的研究,从理论上分析了损伤对Lamb波传播产生的影响,并提取了能够用于表征损伤位置和形状的特征因子,为激光超声检测系统的建立与损伤成像技术的实施奠定了基础。4.研制了激光超声损伤检测系统。①采用二维扫描振镜控制脉冲激光在待测结构表面的扫描,实现了可移动的Lamb波激励方式。利用声发射传感器和激光多普勒测振仪对固定位置的Lamb波响应信号进行获取,通过声学互易原理,实现结构中Lamb波传播过程的可视化;②从面向实际工程应用的角度,开发了一套综合硬件驱动、扫描控制、信号处理和数据分析等功能的系统管理软件;③实验验证了该系统能够在金属和复合材料结构中实现自动化的Lamb波传播数据采集,并成功地在飞机机翼结构中得到了验证。5.开展了激光超声无损检测技术的应用与验证。①对典型的金属和复合材料结构进行了损伤成像方法的实施,实验结果验证了所提出方法在损伤成像分辨率上的提高;②实验研究了损伤延伸方向与损伤深度对检测效果的影响;③结合激光超声检测系统和疲劳拉伸试验系统对复合材料不同疲劳载荷周期数下的波场进行了获取,建立了 Lamb波传播相速度、传播衰减率和模态能量分布比与疲劳周期数间的关系。这部分研究解决了激光超声无损检测技术在实际应用过程中所面临的难题,为损伤识别和复合材料的疲劳评估提供了良好的实验基础。