大型薄板构件由于其质量轻,力学性能好等优点,被广泛应用于各大重要领域,如铝板和碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)层板在航空航天领域应用广泛,大大减轻了飞机的重量,降低了耗油量,极大的提高了运输效率,节约能源。然而,尽管薄板构件在水平方向的抗拉压性能良好,但其在在垂直方向的抗冲击性能较差,在制造过程和服役状态下由于受到外界冲击,在层板内部和外部形成冲击损伤,对结构安全性带来了极大的隐患。空气耦合超声兰姆波检测方法由于非接触和快速高效的优势成为航空航天领域薄板构件无损检测技术研究的重点方向。本文首先基于兰姆波在薄板中传播的基本理论,分析了兰姆波在各向同性与各向异性层板中的传播特性,并对对称与反对称模式兰姆波的波结构和探头接收位置对回波信号的影响进行讨论。由于反对称模式的泄漏兰姆波具有较大的离面位移,故选择A0模式兰姆波作为检测模式波。相比于透射式(pitch-catch)接收信号,脉冲反射式(pulse-echo)接收方式接收到的缺陷回波信号具有时间信息,本文采用脉冲反射式激励接收A0模式兰姆波对薄板进行成像检测。在实验测量上,采用一对0.2 MHz和一对0.4 MHz中心频率的空气耦合超声探头通过脉冲反射式的检测方式激励接收兰姆波信号,分析兰姆波时域回波信号。为了有效识别回波信号,采用短时傅里叶变换和希尔伯特黄变换的时频分析方法对信号进行分析,结果表明,短时傅里叶变换得到的时频谱图能够对缺陷进行二维成像,使得缺陷能够更加直观的呈现。希尔伯特黄变换得到的希尔伯特谱图提供了准确的时间和频率上的定位,有效的表达了信号的能量分布及随时间和频率的变化趋势,具有很好的时频分析能力。为了进一步对激励出的兰姆波模态进行识别,分别采用时域波速法和二维傅里叶变换的方法对信号进行模式识别,确认了用两种频率激励-接收到的兰姆波都是A0模式。在成像方法研究上,基于纵波合成孔径聚焦技术(Synthetic Aperture Focusing Technique,SAFT)成像基本理论,结合同侧激励接收脉冲反射式检测方式,分别设计了空气耦合超声兰姆波的延时叠加时域SAFT成像和相位迁移的频域SAFT成像方法,并对加工有不同形状和尺寸大小缺陷的铝板进行SAFT成像检测分析。铝板成像检测实验结果表明,SAFT成像方法可大大提升缺陷的成像分辨率,改善成像质量,频域SAFT成像方法成像速度远快于时域SAFT成像方法。在此基础上,采用频域相位迁移SAFT成像方法对具有冲击损伤的CFRP层板进行成像检测,并与纵波空气耦合穿透C扫成像结果进行了对比。结果表明,SAFT成像方法能有效改善CFRP层板冲击损伤的成像效果。对于冲击能量为10.5 J和15.3 J的层板损伤,由于缺陷的回波弱,空气耦合兰姆波SAFT成像效果较差;对于冲击损伤能量为19.5 J和24.7 J的层板检测,空气耦合兰姆波的SAFT成像效果与纵波C扫成像结果吻合得较好。本文的研究为应用空气耦合兰姆波检测大型薄板构件的成像检测技术开发提供了有益的参考。