采用不同能量的脉冲激光多点单次冲击3种不同界面结合强度的膜基系统，利用X射线衍射(XRD)技术检测膜基系统残余应力，并用聚偏二氟乙烯(PVDF)传感器技术采集膜基系统的动态应变信号，建立了膜基系统激光冲击波加载模型，探索了激光离散划痕膜基系统的失效形式。结果表明，激光冲击后，2024铝合金表面以及膜基系统冲击光斑中心的残余应力都呈增大的趋势。膜基系统的动态响应与膜基界面结合强度及激光能量有关。激光离散划痕膜基系统的失效形式有两种：一是反射拉伸波导致薄膜剥落；二是膜基系统间的剪切应力导致薄膜剪切失效。

为了研究硬质合金表面激光微织构对其表面润湿性的影响, 利用光纤激光不同功率(3, 5, 7, 9, 10 W)及不同加工次数(1, 2, 3, 4, 5)加工微凹坑, 采用VHX1000c超景深三维显微镜、光学显微镜分析微凹坑形貌, 利用CAM 200光学接触角仪测量表面微织构(微凹坑直径、深度和织构密度)与润湿性之间的关系。结果表明: 随着激光功率的增大, 微凹坑深度增加, 直径变化不明显; 硬质合金表面的亲水性能随着微凹坑深度的增加而减小; 随着微凹坑直径的增大, 亲水性增强; 随着微织构密度的增加, 亲水性出现极值。

为了研究不同能量和波长的激光参数对刀具表面微织构的影响, 采用Nd∶YAG固体激光器不同参数(波长、能量)的激光烧蚀碳化钨(WC)硬质合金刀具表面, 利用X350A型应力测定仪器, 硬度测试仪以及光学显微镜, 从残余应力、显微硬度和微观形貌等方面分析了激光微织构造型工艺对其表面特性的影响。结果表明, 激光对WC硬质合金表面微织构后表面的残余应力和硬度影响较小, 而不同参数的激光冲击后微观形貌区别较大。

作为太阳能光伏系统中普遍使用的一种结构材料, 多晶硅一直是人们研究的焦点。为了研究不同波长激光与多晶硅材料相互作用的机理, 分别采用波长为532、1 064 nm单脉冲激光辐射多晶硅表面, 并用光学显微镜对不同激光能量密度表面烧蚀形貌进行了观察, 探究了导致材料表面裂纹萌生的物理机制。研究结果表明: 波长1 064 nm的激光辐照下, 随着激光能量密度的增大, 烧蚀面积大小先呈指数分布后呈线性分布, 而在波长为532 nm下, 烧蚀面积大小呈线性分布; 高斯型激光辐照多晶硅时, 光斑中心环向热应力最大, 最易发生应力损伤; 两种波长激光辐照多晶硅材料的主要损伤机制为热熔损伤和带有瞬态热冲击引发的解理破坏且前者更易发生。

脉冲激光离散划痕过程中, 激光冲击波动态加载及界面破坏在瞬间完成。其所包含的脱粘、裂纹扩展、翘曲、断裂和剥落往往无法分辨。为了准确判断涂层失效的临界点, 提出一种利用应变诊析膜基系统失效临界点的方法。利用双面胶作为粘结剂, 2024铝合金为基体, 304不锈钢箔为涂层构建膜基系统理论模型, 采用PVDF贴片传感器技术研究了脉冲激光作用下不同理论模型涂层表面的动态应变。结果表明: 脉冲激光作用下, 涂层表面的动态应变不断往复变化, 最终趋于平衡, 整个过程在微秒量级的时间内完成。同时, 涂层表面的动态响应与膜基系统界面结合状况有关, 膜基系统结合完好时, 涂层表面的动态响应时间长, 得到的最终应变量小。膜基系统全完脱粘时, 涂层表面的动态响应时间短, 最终应变量大, 膜基系统刚开始脱粘的试样介于两者之间。

开展了激光冲击波调整表面残余应力(主应力)状态的模拟仿真与实验研究。以ABAQUS为平台, 建立了激光冲击5B05铝合金的有限元分析模型, 研究了激光冲击参数对5B05铝合金激光冲击处理残余应力场的影响。模拟结果表明: 随着冲击次数的增加, 表层残余压应力逐渐增大, 当冲击次数为3 次时, 增加并不明显, 说明表面峰值残余压应力趋于饱和; 在冲击压力一定的条件下, 表面残余应力随光斑直径增大而增大, 半径增加至一定程度后表面峰值残余压应力增幅会达到最小, 基本保持不变。通过实验与模拟结果对比发现, 尽管实验值与模拟结果存在一定的误差, 但总体趋势一致, 说明建立有限元模拟模型结构有效可行。

为了研究基于机械喷丸(SP)、热定型工艺的激光冲击处理(LSP) 对气门弹簧性能影响, 利用高功率激光对不同加工工艺制造的气门弹簧内侧进行单点冲击处理, 从残余应力、显微硬度和微观组织等方面分析了激光冲击强化对气门弹簧的影响。结果表明, 弹簧的激光冲击强化与喷丸强化相比, 效果差距不大。对基于喷丸强化的气门弹簧激光冲击处理的强化效果明显, 二次喷丸下的激光冲击处理出现最大残余压应力, 达到-541 MPa, 经二次喷丸+热定型处理的弹簧表面显微硬度最大, 达到668.4 HV。不同制造工艺制造的弹簧激光冲击强化后表面显微硬度的变化规律与冲击前基本一致。弹簧经激光冲击强化后晶粒发生细化, 晶粒尺寸和强化相是提高硬度的主要原因。

利用高功率Nd: YAG激光对不同工艺处理的SWOSC-V弹簧钢丝进行单点冲击处理，用X射线应力分析仪测量弹簧内外侧、侧表面的残余应力并计算出残余主应力，建立了激光冲击SWOSC-V弹簧钢丝表面残余应力的产生模型，并利用该模型分析了弹簧钢丝表面残余应力产生的原因。结果表明: 弹簧钢丝在经激光冲击处理的表面强化区产生残余压应力，钢丝退火后直接激光冲击处理与经喷丸强化的钢丝激光冲击处理的表面残余应力变化不同，喷丸强化所引起的材料硬化是激光冲击处理弹簧钢丝残余应力变化不同的原因。

采用PVDF贴片传感器对脉冲激光作用下2024铝合金表面的动态应变进行了测量, 分析了动态应变曲线的特性。结果表明, PVDF贴片传感器在动态应变测量中动态响应快, 灵敏度高, 可有效应用于脉冲激光诱导材料表面动态应变的实时测量。脉冲激光作用过程中, 2024铝合金冲击光斑周围材料先受挤压, 后压应变减小。脉冲激光作用结束后, 2024铝合金冲击光斑周围材料表面粒子在卸载稀疏波和表面稀疏波的作用下不断往复运动, 冲击光斑周围材料甚至受到了拉应变的作用。最后随着时间的推移, 材料表面粒子的动态响应经反复震荡后逐渐衰弱形成最终的稳定状态。

采用高功率激光器多次冲击2024铝合金, 用X射线衍射技术分析了冲击区域的残余应力, 研究了冲击残余应力状态分布规律, 并用其评价激光冲击强化效果。研究表明, 随着冲击次数增加, 塑变量及塑性应变梯度逐渐减小, 测点是双向压应力状态, 而4次冲击时, 塑性应变梯度增大, 光斑中心是单向压应力状态, 其他点是双向压应力状态。当激光功率密度为2.8 GW/cm2时, 3次冲击强化效果最佳, 材料是二向压应力状态, 残余最大主应力及应力强度的均值最大, 方差最小, 分布基本均匀, 塑性应变梯度较小。