管道是石油运输的生命线,同时在日常生活和化工产品运输等方面具有广泛应用,但是在服役过程中由于腐蚀或老化等因素造成的缺陷会导致管道发生泄漏,不仅造成巨大的经济损失,也对生态环境造成威胁。因此,对管道进行缺陷检测是保证管道安全工作的重要保障。传统的管道检测方法采用逐点检测,检测时费时费力,而超声导波检测技术由于具有检测效率高、速度快、可检测管壁的整个厚度等优点在近些年得到广泛应用。管道超声导波检测的基本原理是,在管道一端激励出的导波信号沿管道传播并通过接收端接收回波信号,分析接收到的信号可以确定管道缺陷的位置和大小等信息。本文主要研究了超声导波技术对长距离管道进行缺陷检测的数值模拟和实验设计,主要目的如下：一是研究超声导波在管道中的传播规律,确定适合的模态超声导波；二是分析影响超声导波检测精度和效率的相关重要因素,建立超声导波检测的参数化数值模拟技术；三是搭建管道超声导波检测原理性实验平台,结合数值模拟结果,为管道超声导波样机研发提供技术支持和指导。围绕上述目的,本文工作如下：首先,文章分析了管道超声导波检测的研究背景和重要意义,综述了超声导波检测领域的国内外研究现状。其次,介绍了超声导波的基本概念和理论知识,总结了空心圆管中的超声导波的理论,分析了圆管中纵波、扭转波、弯曲波三种模态导波,探讨了如何选择适合管道检测的导波模态。然后着重介绍了利用有限元软件ANSYS对管道超声导波检测进行数值模拟：系统阐述了建立管道有限元模型的基本原则和具体的建模过程和方法；详细探讨了利用不同模态、不同频率、不同周期的导波对不同壁厚、不同直径、不同缺陷大小的管道检测的模拟过程及模拟结果。在总结上述结果的基础上,参数化分析了管道的壁厚、缺陷的大小及导波的模态、频率、周期等因素对超声导波管道检测的影响,为超声导波检测管道缺陷的实验研究和实际应用提供了指导。根据数值模拟结果分析得出的结论为实验研究中导波模态、频率、周期的选取及根据回波信号研究缺陷信息等问题解决提供参考和指导。最后,为了验证数值模拟的准确性,搭建出一套实验系统,验证了部分数值模拟的结果。对比数值模拟和实验检测的结果,两组数据得到了非常好的吻合,验证了参数化数值模拟方法的有效性。另外,根据超声导波管道检测的基本原理研发了一套可用于实验室检测的样机系统,利用该样机对管道进行检测,得到的结果跟数值模拟结果吻合程度比较理想。