超声Lamb波检测技术具有沿结构传播距离远、衰减小以及适合于大范围检测等优点，故而对大型金属板状结构损伤的检测与安全评估极具潜力。基于Lamb波的多种成像方法包括偏移、时间逆转以及相控阵等已能够实现板状结构中损伤的定位与成像，但既有的诸多成像方法常基于阵列单发—多收检测模式，所采集的阵列信号仅能够提供关于损伤的空间的有限信息，这导致针对成像结果的精度受限。且在此多种成像方法中仅依据反射波幅值特性的成像指标忽略了入射波与损伤相互作用，因而难以体现损伤散射的物理特征，将进一步影响成像精度。针对上述这两个问题，本文采用基于全矩阵采集(多发—多收的检测模式)的全聚焦成像方法(TotalFocusing Method,TFM)，使阵列中每一个阵元都能够担负起激励—接收功能以采集更多的空间波场信息，有助于提高损伤成像精度。以包含明确的损伤特征物理参数—反射率为成像指标，建立损伤逆散射模型，进一步提高板状结构中损伤的成像精度。本文工作如下：
　　(1)基于超声Lamb波理论，分析Lamb波多模态和频散特性，推导各向同性板结构中的频散方程，获取频率—波数频散关系为规避频散提供依据。对各向同性板中的Lamb波结构进行分析并确定本文拟选择的激励信号的中心频率和模态。介绍了阵列波束虚拟聚焦理论，为后续TFM成像提供理论基础。
　　(2)基于TFM成像方法和频域虚拟聚焦理论发展了频域TFM成像方法(纳入频散关系)，规避了超声Lamb所固有的频散特性，提升损伤定位的准确度和成像精度。基于声波从驱动阵列传到损伤并与损伤作用后返回传感阵列的整个传播过程，分析入射声场和散射声场之间的关系，通过互易定理建立接收位移关于损伤表面特征物理参数(反射率)的正向散射过程的散射模型，然后做逆傅里叶变换求解出反射率并作为成像指标，结合频域TFM方法发展频域逆散射TFM成像方法。
　　(3)基于COMSOL有限元仿真软件建立含有单、双损伤金属板结构中Lamb波激励、传播以及与损伤相互作用的数值模型。通过无基准信号的Lamb波时域滤波方法提取损伤散射信号。采用频域逆散射TFM方法实施损伤成像，在损伤定位准确性和阵列性能指标(API)两个方面对成像结果进行评价。
　　(4)构建铝板结构损伤检测实验平台，考察频域逆散射TFM成像方法的损伤成像质量提升效果。实验结果表明：基于全矩阵采集的TFM成像方法充分利用阵列中各阵元，使其每一个阵元均具有激励—接收的功能，以多方位采集含有损伤特征的信息，提高成像精度。在计算中纳入了频散关系以规避Lamb波的频散特性提高损伤定位准确度和成像精度。引入以损伤表面反射率作为成像指标的损伤逆散射模型，能够进一步表征损伤以提高成像精度。对于单损伤的情况，频域逆散射TFM方法在传统时域TFM成像方法基础上损伤成像API值降低9.75(损伤有效面积缩小44.06％)；相对于相控阵阵列波束成形损伤成像方法，损伤成像API值降低11.29(损伤有效面积缩小47.70％)。对于多损伤的情况，频域逆散射TFM方法仍保持着高精度的优异性能，相对时域TFM，两个损伤成像API值分别降低了9.73和10.31(损伤有效面积分别缩小了44.07％和46.54％)；相对于阵列波束成形方法，两个损伤成像的API值分别降低了11.23和7.54(损伤有效面积分别缩小了47.63％和38.91％)。以上结果与数值模拟相吻合，验证频域逆散射TFM方法成像精度更高。
　　本文所发展的频域逆散射TFM成像方法实现了针对各向同性板结构中损伤的成像检测。相关成果，有望为在复合材料中损伤检测的研究提供新方法，也有望为基于超声Lamb损伤检测的实践工程运用提供理论和方法基础。