管道是流动介质的重要载体,在现代工业中被大量应用。管道超声导波无损检测技术是保障管道安全运营的重要技术手段,损伤的特征识别是管道超声导波无损检测研究的重要内容。管道损伤反射回波包含了丰富的损伤相关信息,对反射回波的全面分析有助于识别损伤的几何特征。纵向模态导波与损伤相互作用会发生双模态转换,即L(0,2)与L(0,1)导波之间的相互转换。由L(0,2)导波转换而来的L(0,1)导波也反映了管道的损伤特征信息。利用有限元数值分析和实验的方法,研究了纵向导波双模态转换现象对损伤特征识别的影响。推导了空心圆管中导波频散方程,分析了导波的多模态与频散特性。对纵向、弯曲、扭转模态导波波结构进行了特征分析。探讨了在数值模拟和实验中空心圆管中超声导波激励和接收的方法,包括检测频率和激励信号的选择,压电晶片阵列的粘接方式,监测点位置的选取等。讨论了利用有限元法模拟超声导波在空心圆管中传播时的数值频散问题,对有限元模拟过程中单元轴向长度和时间步长参数设置做了收敛性分析。研究了选取不同监测点位置对接收信号幅值的影响,结果表明当监测点距离管端为1/4激励中心频率导波波长时,接收到的回波信号的幅值最大。研究了损伤沿管道径向、周向和轴向扩展时L(0,1)和L(0,2)导波的反射特征。结果表明：L(0,2)导波与非贯穿型损伤相互作用会发生双模态转换现象,而与贯穿型损伤作用时,不发生双模态转换；对于径向深度和周向长度一定的损伤,L(0,2)导波反射系数随损伤轴向扩展呈现类正弦变化,而L(0,1)导波呈现近似余弦变化；对于周向和轴向长度一定的损伤,L(0,1)导波反射系数随损伤径向扩展呈先增大后减小的趋势,且损伤深度小于管道半壁厚时,L(0,1)导波与L(0,2)导波反射系数相当。研究结果为管道检测过程中评估损伤特征提供了参考。