随着传感器、信号处理等技术的发展,结构健康监测正逐渐走向成熟。由于传播范围广、对微小损伤敏感等优点,Lamb波被视作是结构健康监测的理想工具之一。本文利用一种新型高阶有限单元—谱单元对Lamb波在板内的传播特性进行了研究,并对数值计算中的关键算法加以阐述和讨论。本文首先根据压电‐结构的剪切模型分析了压电传感器激发与接收Lamb波的原理,并讨论了现有的板理论在数值仿真中的不足之处。研究表明,激励频率在一定范围时,板内Lamb波的位移沿板厚方向具有线性分布的特点,这为二维谱单元的建立提供了重要指导。其次,从节点插值形函数、单元矩阵的条件数、仿真临界时间步长等三个方面对谱单元进行了比较和研究,并对单元节点和积分点不重合的情况,结合微分求积法,提出了一种计算节点插值形函数在积分点处一阶导数的新方法。在此基础上,采用一阶剪切变形理论并考虑板的横向伸缩效应,提出了一种简单的方法来避免厚度自锁问题,建立了二维压电谱单元。最后,利用谱单元建立了含损伤的数值模型,对损伤进行了成像,并首次采用接触算法计算裂纹表面接触问题,研究了裂纹表面接触对散射信号的影响。本文的研究工作得到了国家自然科学基金重点项目(50830201)和江苏高校优势学科建设工程项目的自助。本文的工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。