随着国家经济建设的加快和人民生活需求的增大,海上复杂工程结构和装备如船舶、海洋平台、工业管线等也随之增加。由于海面及水下环境多变,在其中工作的工程结构承受不同水压、温度变化及流致激励形成的复杂交变载荷,加之工程结构在建造焊接过程中难免会存在结构和材料缺陷,交变载荷使结构尤其是焊缝缺陷处应力场发生变化。焊缝处的应力集中导致疲劳裂纹产生,裂纹的萌生和扩展是结构焊缝产生应力波信号的主要来源。当前研究表明应力波技术具有应用在海上工程结构远程监测的潜力。监测工程结构和设备产生的应力波信号可以在设备的使用寿命内及早发现故障和缺陷,从而为规划和实施必要的维护和维修程序提供更多时间,以避免灾难性故障。因此研究水下结构应力波传播及应力波入水后的传播规律对于进一步探究水下结构健康监测等应用有很大的工程意义。本文以圆柱壳体为例,通过理论分析和数值模拟分析结构焊缝部位受到动态载荷激发的应力波产生及其在结构中的传播特性:包括在壳体结构边界条件下形成的典型导波和壳体结构中应力波在流固界面上的传递规律(传递过程产生的能量分配,波型转化等与不同应力波源、不同介质特性阻抗的关系)。根据断裂力学原理分析水下结构应力波源的物理基础,建立能反映裂纹应力波源特征的数学模型;根据导波基本理论,研究了结构内体波在壳体结构边界条件下形成的典型导波的特征,设计算法求解圆柱壳结构中导波的频散方程得到频散曲线,利用数值仿真和理论分析相结合的方法,验证固体—流体相互作用下结构应力波传播的有限元方法的准确性;基于已建立的等效应力波源与已验证的水下应力波传播模型,分别在时域和频域分析了不同受载条件下应力波响应特征,利用Choi-Williams分布分析水下壳体结构在不同应力波源加载下的传播模态;分析了耦合界面(空气—固体耦合、流体—固体耦合)应力波的波形转换与传播路径,基于广义Snell定律和有限元功率流能量分析方法定性和定量分析不同应力波源、不同介质对耦合界面应力波能量传递影响,并计算能量传递比例。