采用有限元分析方法对激光冲击2024铝合金圆杆圆周曲面诱导的动态应力波及其残余应力进行了数值模拟。首先, 在ABAQUS/Explicit显式分析模块中模拟了峰值压力为2 GPa激光冲击波在φ16 mm杆中诱导的应力波的传播过程。随后, 在ABAQUS/Standard隐式分析模块中进一步计算在圆杆曲面上诱导的残余应力。在此基础上, 分析了圆杆直径的大小对应力波峰值衰减和残余应力分布的影响, 并进行了相关的试验验证。研究结果表明, 峰值压力为2 GPa冲击波在φ16 mm的杆中诱导的弹塑性的应力波, 应力波的峰值压力在400 ns时间内迅速衰减至250 MPa。冲击后, 在距光斑中心小于0.5 mm冲击区域内分布不均匀残余应力, 在光斑中心处形成了残余拉应力, 轴向S11值为42 MPa; 在半径为0.5~1.5 mm 的冲击区域分布着残余压应力, S11值大约在250 MPa。应力波在传播过程中, 其压力峰值衰减的速率随着杆径的增大而减慢, 表面形成的残余压应力均随杆径的增大而增加。

采用波长为1064 nm、脉冲宽度约为10 ns的激光束对304不锈钢进行双面冲击强化处理(LSP), 利用三维形貌仪观察LSP试样的表面形貌, 采用X射线应力仪测量试样表面的残余应力; 采用伺服液压疲劳试验机对试样进行疲劳试验, 以得到疲劳裂纹扩展速率曲线; 采用扫描电子显微镜观察试样裂纹扩展不同阶段的断口形貌。结果表明：激光冲击强化处理可使试样表面产生最大变形量约为25 μm的塑性变形, 形成最大值为-218 MPa的残余压应力, 并可使裂纹源向试样内部转移; 激光冲击强化能显著降低冲击区域处的裂纹扩展速率。基于疲劳裂纹扩展速率曲线再次验证了激光冲击处理可显著提高304不锈钢的抗疲劳性能。