管道运输是油气资源的主要运输方式,而大多数管道所处自然环境恶劣,经常遭受应力作用。如果能在管道损坏前检测出应力,并采取预防措施,从而避免巨大的经济损失。在诸多管道检测方法中,超声导波检测方法有很多优点例如较长的传播范围,对应力和破损敏感,需要较少的能量激发等。超声导波检测方法被作为监测管道破损或者检测管道瑕疵的工艺已经成功应用于实际工程,然而目前利用管道导波传播特性检测应力的研究甚少。所以有必要开展在应力作用下的圆管结构超声导波传播特性的研究。以往对管道中的超声导波传播特性的分析,一般采用半解析有限元法,而基于声弹理论的求解方法,对轴向应力作用下的圆管结构的导波应力响应分析鲜有报道。基于声弹理论,管道受轴向应力作用会导致圆管结构的介质变为等效的横向各向同性介质。因此本文基于声弹理论,开展圆管结构的导波应力响应的研究,针对在轴向应力作用下的圆管结构,采用解析方法求解并计算分析了导波的传播特性。本文的研究将对理解圆管结构在应力作用下的导波传播特征带来帮助,对圆管结构的应力检测有指导意义。超声导波在圆管结构里的波场成分复杂,某些频率下有许多的传播模式,在应力作用的情况下将更加复杂。本文对内外皆为空气情况下的管道模型,内为空气外为水情况下的管道模型和内为油外为空气情况下的管道模型,通过频散曲线和速度变化值随频率的变化曲线,对应力作用下特定的模态进行分析,有利于根据实际工程具体检测要求和理论分析来合理选择检测模态,对超声导波在管道的应力检测方面的运用具有指导意义。本文首先对圆管结构在轴向应力作用下的声场进行了理论求解,给出轴向应力作用的各向同性圆管结构用势函数表示的理论解,为轴向应力作用下的各向同性圆管结构的波场的理论分析提供基础。然后根据三种模型（内外皆为空气情况下的管道模型,内为空气外为水情况下的管道模型和内为油外为空气情况下的管道模型）下的边界条件分别求得频散方程,势函数待定系数求得后,就可得圆管结构在内为油外为空气情况下的声波表达。本文采用牛顿迭代求取频散曲线,计算考察了三种模型的纵向模态和扭转模态的频散曲线和在不同应力作用下的速度变化值随频率的变化曲线。采用傅里叶变换算法模拟了管内为液体点声源居中激发的全波波形。导波频散的研究结果表明:在内外皆为空气情况下的管道模型下,通过频散曲线得知了纵向模态导波的多模态性,每个传播模态都有截止频率,通过速度变化值随频率的变化曲线可以得到,纵向模态的速度的变化是随着施加应力的大小均匀变化的;内为空气外为水情况下的管道模型的频散曲线和速度变化值随频率的变化曲线与内外皆为空气情况下的管道模型的差距不大;在内为油外为空气情况下的管道模型下,通过频散分析和速度变化值随频率的变化曲线可以发现,纵向模态的速度的变化也是随着施加应力的大小均匀变化的,并且都是在特定区域,有速度变化值,其它频段内速度变化值趋于零,即几乎不受应力影响。管内为液体点声源居中激发的全波波形的结果表明:对内为油外为空气情况下的管道模型下的全波进行计算,首波到时后移,说明在拉应力作用下首波速度减小,其它模式存在混叠难以分析到时的变化,需进一步采用信号处理等手段提取分析。本文的研究既有益于加深对超声导波在施加应力的圆管结构中的传播机理的理解,也为圆管结构的应力检测新方法提供理论基础,为圆管结构的导波无损检测提供了有意义的指导。