基于Lamb波的损伤诊断技术在结构健康监测中发挥重要的作用,Lamb波具有传播距离远以及对微小损伤敏感等优点,可用于大面积结构的损伤诊断。然而板中的Lamb波传播具有多模态性,在任意频率下至少有两种传播模态,且Lamb波在结构边界等非连续点处会发生散射,导致诊断信号特别复杂,难以提取结构的损伤信息,这给损伤诊断带来挑战。针对这个关键问题,本文从模态控制和模态分离两方面探索可以简化Lamb波诊断信号的方法,研究内容主要包括以下方面:针对Lamb波传播问题,建立哈密顿体系方法。根据应变能和动能导出拉格朗日函数,利用变分运算建立了哈密顿正则方程,采用分离变量法求解哈密顿正则方程,将Lamb波传播问题转化为本征值和本征解问题,本征值描述波数,本征解表示对应的位移场和应力场。考虑平面Lamb波和柱面Lamb波两种假设,分别推导了这两种假设下的频率方程和位移场,提出了 Lamb波模态间的共轭正交关系,并对平面Lamb波和柱面Lamb波的传播特性和共性进行了分析讨论,结合频率方程解释了 Lamb波传播的多模态性和频散性产生的原因和具体表现,最后采用数值模拟和实验的方法对平面Lamb波和柱面Lamb波传播特性进行了验证。利用哈密顿体系方法求解了表面载荷作用下Lamb波的激励问题,得到Lamb波模态幅值的解析表达式。首先采用本征解展开的方法研究了含有非齐次项的Lamb波传播问题的解,得到了非齐次Lamb波特解,将表面载荷等效为结构边界条件,带入到哈密顿体系,非齐次边界条件即转化为方程非齐次项,进而得到满足非齐次边界条件的Lamb波特解。特解由Lamb波基本解展开,展开系数即是载荷作用下激励的Lamb波模态系数。根据平面Lamb波模型和柱面Lamb波模型讨论了载荷方向和载荷分布对激励Lamb波幅值的影响,结果表明,载荷方向影响Lamb波各模态的整体幅值,载荷径向长度影响激励出Lamb波模态幅值频率响应及周向分布,载荷周向分布主要影响激励出的Lamb波模态幅值周向分布。通过数值模拟对平面Lamb波和柱面Lamb波激励模型进行了验证,数值模拟结果证明了理论预测的有效性。提出了基于压电传感器的Lamb波模态控制方法,包括模态选择和周向控制方法。首先选取了合适的压电传感器,将压电传感器等效为作用于结构表面的载荷,考虑到有限传感器激励出的Lamb波为柱面Lamb波,而平面Lamb波模型简单直观,将传感器对激励Lamb波幅值的影响分为传感器尺寸的影响和传感器周向形状的影响,采用合适的激励模型论证了采用双面激励法和频率选择法选择模态的原理,并研究了圆形传感器和矩形传感器激励出的Lamb波波场周向分布,提出了一种基于传感器和激励频率选择的Lamb波模态周向控制方法。采用模态选择和周向控制方法对铝板损伤进行无基准诊断,数值模拟和实验结果表明,采用模态控制方法可明显简化诊断信号,实现损伤信号的准确识别,此模态控制方法为结构损伤的无基准诊断提供一种潜在可能。提出了 Lamb波模态分离方法。首先在考虑频散的情况下,基于相速度和群速度,结合激励信号计算了传播一定距离的Lamb波模态信号,并获取Lamb波传播位移场信息。根据Lamb波模态间的共轭正交关系,提出一种Lamb波模态分离方法,可提取多模态信号中不同模态幅值,并应用于数值模拟中,同时指出了这种方法的局限性。根据信号相关性分析的方法,提出一种基于信号重构的Lamb波模态分离方法,利用计算得到的信号重构多模态数值模拟或实验信号,实现模态分离。采用模态分离方法对损伤进行诊断时,可去除直达波和边界反射波信号,提取隐藏的损伤信号,这为结构损伤无基准诊断提供一种可能的选择。