以TC4钛合金为研究对象，采用数值模拟与试验相结合的方式，研究了激光冲击TC4钛合金表面金属塑性变形和体积流动规律，分析了塑性变形驱动金属表层体积流动、应力重构、晶粒细化的机制。研究结果表明：激光冲击塑性变形使得光斑中心区域材料向着边缘及材料内部流动。整体塑性变形体积数值计算结果显示：当功率密度为1.58、2.25、3.02 GW/cm²时，表面凹坑体积大致等于内部正向变形体积与表面环状凸起体积之和，在无相变体积改变的情况下，试件整体塑性变形符合体积不变定律；不同激光功率密度作用下的表面残余应力分布与表面塑性变形分布规律大致相同，存在对应关系；表面凹坑变形、环状凸起变形、内部凸起变形各区域粒径尺寸分别为99、108、136 nm，晶粒细化程度在表面凹坑区、环状凸起变形区域、内部正向变形区域依次递减。此外，光斑边缘出现的微凸起变形在受到搭接激光冲击作用后，再次发生塑性变形，微凸起变形在冲击载荷方向被压回，向着材料内部流动；凹坑表面各光斑边缘处依旧存在较小的微凸起变形。

采用脉冲激光对7050-T7451铝合金表面进行了激光冲击强化处理。利用X射线衍射仪(XRD)和场发式透射电镜(TEM), 获得了试样表面衍射图谱和微观组织形貌, 建立了激光冲击强化7050-T7451铝合金表面的微结构响应模型。结果表明, 当激光功率密度为1.83 GW·cm-2时, 试样表面发生了过饱和固溶体的失稳分解；当激光功率密度为2.34 GW·cm-2时, 试样表面的晶粒尺寸增大；当激光功率密度为2.85 GW·cm-2时, 试样表面产生了纳米晶。激光冲击强化7050-T7451铝合金表面的XRD图谱与TEM分析结果具有一致性。

利用高功率光纤激光熔覆设备, 在Q235A钢表面制备了CaF2/Ni60复合涂层。采用着色渗透探伤法研究了激光扫描速度和CaF2对涂层的裂纹敏感性的影响, 并利用显微硬度计和摩擦磨损机考察了CaF2对复合涂层显微硬度和耐磨性能的影响。结果表明, 激光扫描速度和CaF2与涂层裂纹敏感性密切相关, 随着扫描速度的增大, 涂层表面裂纹敏感性增大; 随着CaF2比例的增加, 熔覆层表面的裂纹数量先减少后增加, 当w(CaF2)＝6.0%时, 激光熔覆层表面未出现裂纹; CaF2粉末改善了熔池的流动性, 使组织分布较均匀, 显微硬度波动性减小, 当w(CaF2)＝6.0%时, 涂层平均硬度为875 HV0.3, 约为基体硬度的5.3倍。Q235A基体的平均体积磨损量是Ni60＋6.0% CaF2涂层的4.7倍, 提高了涂层的耐磨性。

为研究激光冲击波在690高强钢薄板中的传播机制，对690高强钢薄板经激光冲击后的动态响应以Hyperworks、LSDYNA为平台进行模拟，用聚偏氟乙烯压电传感器进行测量，将模拟结果与实验结果对比研究试样动态应变特性，建立了高应变率条件下表面动态应变模型和690高强钢薄板激光冲击波加载模型。研究结果表明，在功率密度为12.7 GW/cm²的激光加载下，通过改变表面测量位置和试样厚度测得表面Rayleigh波波速为3.08×10³m/s、纵波的波速为3.09×10³m/s；表面Rayleigh波传播速度模拟值为3.24×10³m/s，模拟结果与实验结果有较好的一致性；通过调整激光功率密度可分离剪切波和表面Rayleigh波。实验数据证明690高强钢表面动态应变模型准确可靠，激光冲击波加载模型可描述激光冲击波在690高强钢薄板中的传播机制。

为研究激光冲击7050铝合金薄板试样形成残余应力洞的机制，分别使用功率密度为1.98 GW/cm²和2.77 GW/cm²的激光冲击7050铝合金试样。采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件模拟分析了在功率密度为1.98 GW/cm²的激光束冲击下的薄板试样。实验中利用X射线应力分析仪测量薄板试样和厚板试样的残余应力分布，利用压电薄膜传感器测量激光冲击时试样的动态应变，并利用三维显微系统观察激光冲击区域的表面微结构。实验结果表明，功率密度为1.98 GW/cm²和2.77 GW/cm²的激光束冲击7050铝合金薄板试样后均产生了残余应力洞现象。反射边界条件下的模拟结果与实验数据具有较好的一致性，表明稀疏波在光斑中心的会聚是产生残余应力洞现象的主要原因。由残余应力分布和动态应变可知，在试样内来回反射的冲击波对残余应力洞的影响不容忽视；功率密度为2.77 GW/cm²的激光束冲击加载后，薄板、厚板试样冲击区域中心的厚度分别比临近区域的厚度大10.800 μm和8.150 μm；在表面稀疏波与冲击波的共同作用下，试样表面均产生了残余应力洞现象。

阐述了激光冲击强化(LSP)技术定量调控表面残余应力的最新研究动态，重点论述了激光冲击研究中的主要问题，指出激光与材料相互作用、表面残余应力、微观组织变化多尺度表征是激光冲击强化技术研究的新热点。在此基础上,对激光冲击强化技术在表面残余应力定量调控和海洋工程重型装备制造中的应用进行了展望。

为研究激光冲击强化7050铝合金薄板表面残余应力的形成机制，采用5种不同功率密度的激光束冲击加载7050铝合金薄板，利用PVDF（聚偏二氟乙烯）压电传感器测量激光冲击薄板试样的动态应变，利用X射线应力分析仪测量激光冲击后的残余应力分布，并借助三维显微系统观察激光冲击强化造成的表面微结构。结果表明，当激光功率密度为1.02 GW/cm2时，激光冲击引起的横向变形小；当激光功率密度为1.53 GW/cm2时，表面稀疏波与横向变形共同导致了试样最大残余主应力呈等双轴分布；当激光功率密度为1.98 GW/cm2和2.77 GW/cm2时，冲击区域中心比临近区域分别高出5.680 μm和10.800 μm，在来回反射的冲击波与表面稀疏波的共同作用下产生了残余应力洞现象；当激光功率密度为4.07 GW/cm2时，试样冲击区域产生了较大的塑性变形且比较平滑，最大残余主应力呈均匀分布。

为了研究激光冲击高应变率下2024铝合金表面的动态应力-应变特性,采用PVDF压电传感器和STSS-1应力检测模块对脉冲激光作用下2024铝合金表面的动态应变进行了测量,并对各自检测结果进行了对比分析.结果表明,2024铝合金在激光冲击高应变率作用下动态屈服强度与静力拉伸条件下静态屈服强度接近;在动态应变测量中PVDF压电传感器的响应与灵敏度均优于STSS-1应力检测模块,不仅可以有效应用于脉冲激光诱导材料表面动态应变的实时测量,还可以用于对STSS-1应力检测模块的检测结果进行修正,同时实验使用的2024铝合金的动态屈服强度在220 MPa左右.