复合材料因具有比强度高、比刚度大等优点,而在航空航天领域得到日益广泛的应用。但复合材料结构在长期交变载荷作用下,不可避免地会产生疲劳损伤,这些疲劳损伤和结构中既有的缺陷以及损伤在疲劳载荷作用下会不断扩展直至引起结构失效,给结构安全带来重大威胁。因此,应用结构健康监测系统对复合材料结构在疲劳载荷作用下的损伤状态进行实时在线监测,对进一步评估疲劳损伤状况,及时对损伤结构进行维护,提高结构使用安全性具有重要意义。本文首先对应力波在复合材料结构中的传播问题展开研究,利用半解析有限元方法建立应力波在各向异性复合材料层合板结构中的弥散关系,并通过算例模拟疲劳损伤产生时的群速度变化,为利用应力波对疲劳载荷作用下的损伤监测提供依据;然后对应力波信号的处理进行研究,采用小波变换对由压电传感元件激励和接收的应力波信号在时频域内进行分析,提取与疲劳损伤相关的特征信息以及测量出应力波在结构中实际传播的速度用于表征疲劳损伤的产生与发展,并通过模式识别方法引入偏值分析和最小二乘支持向量机,融合提取的多个与疲劳损伤有关的信号特征,确定复合材料试件中是否存在疲劳损伤以及疲劳损伤发生的程度;最后,采用应力波对复合材料结构在疲劳载荷作用下的损伤监测进行了实验研究,分别考虑玻璃纤维层合板拉伸疲劳情况和低速冲击后碳纤维层合板压缩疲劳情况,并通过模式识别方法对判断疲劳损伤的发生和扩展等情况进行了分析,实验结果验证了基于应力波的方法在疲劳载荷作用下对复合材料结构进行损伤监测的可行性和有效性。