采用高能量激光束对AISI 8620合金钢表面进行冲击强化，利用CETR UMT-2摩擦磨损试验机对激光冲击试样表面进行磨损试验，并用扫描电子显微镜观察磨痕表面的形貌，研究激光冲击强化技术对AISI 8620合金钢耐磨损性能的影响。结果表明，激光冲击在AISI 8620合金钢表层形成残余压应力层，虽然残余压应力会降低氧化磨损和粘着磨损的抗性，但是会增加疲劳磨损的抗性，使AISI 8620合金钢试样的耐磨性提高1倍，多次冲击耐磨性能会更好。随着载荷的增加，激光冲击的AISI 8620合金钢试样的平均摩擦系数呈现先缓慢减小后缓慢增加的趋势。

实验以 TA2钛合金板料作为试样, 研究了激光冲击成形 W形曲面的变形特点,分析了曲面底部产生微小鼓包的原因。为了改进成形面质量, 提出了在板料与模具之间放置弹性垫, 并对使用弹性垫的激光冲击成形 W形曲面进行了数值模拟研究。结果表明, 激光冲击与模具结合可以实现板料的 W形曲面成形, W形面底部基本平整, 但有微小鼓包; 使用弹性垫可以抑制小鼓包的产生, 能显著改善 W形曲面的成形质量,使受冲击区域更加光滑。

激光冲击处理(LSP)(或激光喷丸强化)是利用激光冲击波压力对材料表面实施强化处理的一种新型表面处理技术。经激光冲击后，残余压应力在材料表面和深度方向上的分布和大小是评价激光冲击效果的一个重要指标，而有限元模拟(FEM)是预测激光冲击处理后残余应力场分布和大小的一种有效方法。在利用ABAQUS软件对激光冲击处理6061-T6铝合金进行数值分析时，讨论了有限元模型、材料性能、冲击加载方式、分析时间等关键问题的处理方法，并分析了激光冲击后残余应力场的分布特点，最后利用有限元模拟考察了激光冲击次数对残余应力场的影响。

在分析激光喷丸和机械喷丸强化机理的基础上，以有限元软件ABAQUS/CAE为平台，建立了激光喷丸强化模型和机械喷丸强化的有限元模型。解决了激光喷丸强化中激光冲击波转换加载的方法;对于机械喷丸强化，解决了弹丸与板料间的装配模型。数值模拟分析了激光单点喷丸板料后，材料厚度方向的残余应力分布，以及激光多点。多排喷丸板料后材料厚度方向的残余应力分布。对于机械喷丸强化，分析了单个弹丸高速撞击板料和多个受控弹丸撞击板料后残余应力分布场情况。通过分析比较这两种方法在板料中产生的残余应力大小、残余应力深度以及表面形貌的优劣，得到的结论是，激光喷丸强化提高材料使用寿命的效果明显优于传统的机械喷丸强化技术，激光喷丸有望替代传统机械喷丸技术在材料表面改性强化中获得广泛应用。

通过对激光喷丸成形(LPF)中残余应力场分布的研究,找出单点喷丸残余应力分布形式,以及单点多次、多点不同路径喷丸中后续冲击对前次冲击残余应力分布的影响规律。对准确控制残余应力分布,获得激光喷丸后所需的板料形状具有指导意义。利用钕玻璃高功率脉冲激光对厚度为1.2 mm的LY12CZ硬铝合金进行了单点激光喷丸,用X衍射应力测定仪考察了单点冲击后材料表面及深度方向的残余应力,用厚度为2 mm 的6061-T6铝合金板料进行三列窄条激光喷丸变形实验。以ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件为平台,建立了具有一定精度的激光喷丸过程中冲击波压力的加载模型,对板料的变形过程进行了数值模拟, 分别考察了不同激光能量,板料尺寸,冲击路径等工艺参数对残余应力场分布的影响。实验结合数值模拟探索激光喷丸的主要参数和残余应力场之间的相互关系。

利用短脉冲激光对LY12CZ航空铝合金进行了窄条激光喷丸(LP)成形。激光脉冲参数:波长为1.06 μm,脉冲宽度为23 ns,光斑直径为7 mm,输出能量为22 J。试样外形尺寸为100 mm×25 mm×2 mm,喷丸窄条宽度为7 mm,条带内相邻光斑的距离为4 mm,相邻喷丸条带中心间距为15 mm。利用弧高仪测试样变形后的变形量,用X-350A残余应力测试仪测其残余应力,用HVS-1000硬度计测其显微硬度和用Taylor Hobson-5M测表面粗糙度。实验结果表明,试样经激光喷丸后,变成了曲率半径为1.87 m的单曲率件,冲击硬度得到提高,喷丸条带内的表面粗糙度值增大,但仍然保持光滑,试样上下表面的残余应力均有显著提高,其激光喷丸面的残余应力平均增加了250% ,下表面平均增加了75%,喷丸条带内的硬度平均值增加约40%。

对不锈钢SUS304板料进行了激光喷丸成形的可视化数值模拟分析和实验研究。以有限元分析软件ABAQUS/CAE为平台,通过建立的激光喷丸过程冲击波加载的转换模型,把脉冲激光能量转换成冲击波压力,利用用户子程序解决了脉冲激光束连续逐点喷丸板料变形的轨迹控制,实现激光喷丸板料动态变形过程的可视化。通过所建立的模型,对脉冲激光喷丸后材料表面的微观塑性流动过程进行了分析,研究了表面微观形貌的变化。

在对激光喷丸成形(LPF)机制分析的基础上, 采用ABAQUS软件对激光喷丸成形过程进行了有限元数值模拟, 分析了激光喷丸后板料的变形和残余应力场的分布情况。结果表明激光喷丸在板料表层的塑性变形层中诱导出压应力, 在塑性变形层以下部位出现拉应力, 这种应力分布形式打破了板料内部原有力系的平衡, 促使板料发生弯曲变形, 从而使板料内部应力重新分布以达到新的平衡, 最终在板料厚度方向形成上下两面为压应力, 而中部为拉应力的新的残余应力场。研究结果对理解激光喷丸成形过程及其本质, 进行激光喷丸工艺参数的合理优化、板料变形过程的有效控制和进一步的实验研究具有指导意义。

介绍了激光冲击板料变形的机理和冲击波产生的原因,提出了激光冲击板料变形中激光-能量转换体-靶材系统的爆轰波压力估算式.根据此压力估算式和材料的动态屈服强度,对激光冲击板料变形中所需的最小激光能量进行了估算,板料厚度为0.5 mm,约束凹模孔径Ф20 mm,在光斑直径6 mm,脉宽25 ns条件下的不锈钢靶材变形所需的最低脉冲能量大约为11J.实验结果表明估算的最小激光能量与板料变形所需的能量阈值基本一致,且板料变形量随激光能量的增加呈非线性增大.最小激光能量的估算以及能量与板料变形的实验研究为板料变形的精确控制和预测提供了理论依据.

激光冲击处理是利用激光诱导的高幅冲击波对材料表面实施改性的一种新技术.经激光冲击后,金属表面存在一定形式分布的残余压应力,残余压应力的存在能明显提高金属抵抗疲劳的能力.本文分析了激光冲击处理的基本原理和残余应力的形成过程,着重讨论了激光冲击处理过程中各种参数对残余应力场的影响,从而能更好的理解激光冲击处理后金属表层残余应力的分布特点,以及各种工艺参数对残余应力影响的一般规律.