一个多世纪以来,由于管道运输具有成本低、容量大、高效率、少污染等优点,各国都在积极推动管道建设,我国的管道运营里程已经超过了铁路,在经济建设和工业发展的过程中,已经成为重要的运输方式之一。我国的管道系统主要应用在油气的远距离输送。然而,长期在复杂工况下,管道结构会遭遇多种因素的影响,可能产生多种缺陷损伤,最终导致管道结构产生泄漏事故,带来无法预料的经济损失、不可恢复的环境污染、甚至人员伤亡。管道事故分析表明,管道的爆破泄漏事故常与管道连接结构有关,可见连接结构是管道系统中最为重要且比较薄弱的环节。因此实时对连接结构进行损伤识别十分必要。该处超声传播较为复杂,因此基于时间反演的压电波动法逐渐受到广泛的关注。长距离管道常规检测中,导波不可避免的要通过这些连接结构,但是目前对管道连接结构的研究较少,很多问题亟需解决。本文采用理论分析、试验验证及数值模拟相结合的方法,对管道工程中常用的螺纹连接结构以及法兰连接结构进行检测研究。首先,对复合层结构中超声波的传播特性以及管道结构中的导波传播特点进行理论分析,推导出柱面导波及周向导波的频散方程。通过Matlab软件对导波频散方程进行数值求解,并绘制出所需规格管道的群速度与相速度频散曲线;选取管道结构中超声导波传播时的最优模态以及激励频率。其基本原则为:尽可能降低导波频散,这样能够降低超声信号分析的困难程度,为检测管道连接结构时信号的选取提供了理论依据。其次,搭建试验平台,选用经Hanning窗调制的5周期的正弦叠加信号作为试验的激励信号,将压电陶瓷用作信号的激发与接收装置,对管道中较为常用的螺纹连接结构和法兰连接结构进行了损伤识别试验。试验结果表明:当螺纹连接结构的扭矩下降,产生损伤时,接收到的超声脉冲信号能量开始逐渐降低到最小值。当法兰连接结构的螺栓扭矩降低后,传感器接收到的超声脉冲信号能量开始逐渐降低至最小值;并利用D值对其损伤程度进行评估。最后,对超声波在法兰连接结构复合层的传播特性进行研究,并利用ABAQUS软件对该模型通过数值模拟进行验证。利用ABAQUS软件对法兰连接结构的健康监测过程进行模拟计算,给出超声波在法兰连接结构中的能量衰减规律,结果表明,接收到的超声信号能量随着螺栓扭矩的下降而下降。将模拟结果与试验结果进行对比验证,表明两者基本吻合,从而验证了数值模拟以及试验方法的准确性、实用性。