随着科技的不断发展与进步，高端制造装备结构的复杂化、大量新型材料的应用，都对装备的可靠性提出了新的要求。残余应力作为一种广泛存在于材料内部的应力，对部件的力学性能及部件尺寸稳定性具有明显的影响，因此，准确评估部件残余应力大小及分布状况就显得尤为重要。对于承受高载荷的关键部件，监测其内部的应力状态，对于保证设备安全可靠的运行同样有着至关重要的意义。针对工程在役材料的应力检测与评价手段，通常需采取无损检测的方法，超声波无损检测法以其无损、快速、在线等优点而受到国内外学者的广泛重视。　　在超声法应力测量技术中，测量系统的精度对于测量结果的准确性有着至关重要的影响。基于超声显微镜技术，利用高精度超声显微镜测量技术系统和高频线聚焦超声探头，对应力状态下半无限域块体、薄板、镀层等金属材料的声学特性进行了研究，主要内容包括:　　(1)通过对应力作用下超弹性介质的力学性能分析，结合声弹性效应，建立了应力状态下材料的波动行为理论模型，获得了应力与声波传播特性间的本构关系方程，分析了应力状态下半无限域、薄板、镀层材料等多种形式的平面结构的表面波和兰姆波传播特性，为基于超声法的材料应力测量及反演表征奠定了理论基础。　　(2)利用高精度超声显微镜测量系统，对不同预应力、不同角度下金属及非金属半无限域材料的表面波波速进行了实验测量，获得了应力与表面波波速变化关系;并采用二维扫描的方式，通过焊接构件不同位置热影响区的表面波波速测量，确定了焊接构件残余应力分布状态，为材料残余应力测量提供了新的检测技术。　　(3)针对薄板及镀层材料的应力测量，利用超声显微镜系统对不同预应力下薄板金属材料的Lamb波频散曲线进行了实验测量，分析了应力对Lamb波各模态相速度的影响，实验测量结果与数值仿真分析结果吻合，验证了理论模型的正确性。以薄板材料的实验测量数据为反演目标并利用理论模型构建多参数反演模型及目标函数，采用基于模拟退火的粒子群算法对目标函数全局寻优，实现了材料应力的反演表征。同时测得了不同应力状态下薄板镀层材料和半无限域基体表面镀层材料的Lamb波波速及类表面波波速变化，明确了应力对镀层相速度的影响，为镀层结构材料应力检测的工程应用奠定了研究基础。