采用激光斜入方法对航空发动机扇轴转接圆角部位进行激光冲击强化试验。分析了斜冲击机理及方法，计算优化斜激光冲击强化试验参数，对冲击前后试件的显微硬度、残余应力进行对比分析，并进行旋转了弯曲疲劳对比验证试验。其结果表明，风扇轴经过激光斜冲击强化后，表面显微硬度提高了11%，残余应力不均匀性得到改善，旋转弯曲疲劳寿命提高了160%；断口观察分析可知，激光冲击强化可以使疲劳源位置内移，降低裂纹扩展速率，从而提高试件的疲劳性能。

采用YLSS-M60U型高能Nd:YAG激光器，对发动机高压涡轮叶片材料K403/K3铸造高温合金试片进行激光冲击强化处理，强化工艺参数为：激光能量3 J，光斑直径2.6 mm，脉宽20 ns，波长1064 nm，吸收保护层为铝箔，约束层为水，搭接率50%，冲击3次。强化后，在420 MPa应力水平下进行了室温高周振动疲劳测试，并进行了扫描电镜观察和X射线衍射仪物相分析。研究结果表明：激光冲击强化后，试片疲劳寿命是原始状态试片寿命的2.4倍，激光冲击强化的强冲击波作用使金属发生高应变率塑性变形，以及随之产生的较大较深残余压应力，是金属疲劳性能提高的主要原因。

对K403镍基合金涡轮叶片进行激光冲击强化(LSP)，利用高温高低周复合疲劳试验验证其强化效果。试验结果表明：冲击后裂纹源区附近平坦区较冲击前变大，在快速扩展(FCG)区，激光冲击强化后疲劳条纹间距减小，有大量二次裂纹产生。且强化后在材料表层会引发晶粒细化以及高残余压应力，但在550 ℃/150 min保温下，残余应力部分发生松弛，但是表层细化结构有很好的热稳定性。相比冲击前样件，激光冲击强化后涡轮叶片疲劳寿命提高了140%。热松弛后的残余压应力和表面晶粒细化是镍基合金疲劳寿命提高的主要原因。

高周疲劳是航空发动机部件的主要故障之一。通过对1Cr11Ni2W2MoV不锈钢进行不同次数的激光冲击强化（LSP）处理，研究冲击次数对激光冲击强化材料高周疲劳性能的影响。对不同处理状态的试件进行常温振动疲劳试验，采用X射线衍射(XRD)应力分析仪、扫描电镜(SEM)、金相显微镜等手段研究冲击次数对材料组织和力学性能的影响。试验结果表明，随着LSP冲击次数的增加，1Cr11Ni2W2MoV不锈钢表面粗糙度增大，组织细化层厚度没有变化，残余应力梯度变小，残余压应力层深度增加，1次冲击后，残余压应力层深为1.8 mm，3次冲击后为2.5 mm。表面残余压应力随着冲击次数增加而逐渐趋于饱和，饱和值接近于-100%σ0.2。振动疲劳试验结果表明，疲劳寿命随着LSP次数增加而提高，但提高幅度减小。在σmax=640 MPa应力水平下，1次冲击后试样疲劳寿命是未强化试样的3.8倍，3次冲击后试样疲劳寿命是未强化试样的5倍。经分析，多次冲击时的冲击波叠加效应使得冲击波传播到材料的更深层，从而使材料组织变形层和残余应力影响层更深，高周疲劳寿命提高更大。

为了比较激光冲击强化与超声喷丸对1Cr11Ni2W2MoV不锈钢疲劳性能的影响，对未处理、超声喷丸处理和激光冲击强化处理三种状态试件进行常温振动疲劳试验，并通过X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等手段分析两种技术提高疲劳寿命的机理。试验结果表明，在选定的工艺参数下，超声喷丸和激光冲击强化处理后，疲劳寿命分别提高了88.2%和280.1%，形成的表面残余应力分别为-545 MPa，-810 MPa，残余压应力深度分别为0.4 mm，1.8 mm，表面硬度由392 HV分别提高到434 HV、405 HV；超声喷丸形成的组织细化层和纳米晶层较深。经分析，激光冲击强化对1Cr11Ni2W2MoV不锈钢常温疲劳性能的提高优于超声喷丸主要与其产生的高残余压应力和低粗糙度影响有关。

圆光斑激光冲击强化条件下由于冲击边界产生反向塑性加载效应，会产生“残余应力洞”现象。对TC17、1Cr11Ni2W2MoV、LY2和K417等4种材料进行圆光斑单点激光冲击试验，通过显微硬度和残余应力测试验证了“残余应力洞”的存在，并分析了激光功率密度和强化次数等参数对“残余应力洞”现象的影响。为了抑制“残余应力洞”对强化均匀性的影响，以TC17为对象，优化光斑搭接工艺并开展多遍强化试验，结果表明，与单个光斑强化相比，同样激光参数下，采用特殊光斑搭接和多遍强化可以有效抑制圆光斑残余应力洞现象，提高强化效果均匀性，残余应力和显微硬度平均值分别提高60 MPa和30 HV0.2，极值差分别降低了70 MPa和94 HV0.2。

针对压电陶瓷执行器的迟滞非线性对压电陶瓷精密定位的影响, 提出了应用类Hammerstein模型对压电陶瓷执行器进行建模的方法。建立了压电陶瓷执行器的迟滞模型并且描述其频率相关性。利用类Hammerstein模型把压电陶瓷执行器看成静态迟滞模型和动态二阶系统的串联, 其中静态模型由分类排序的Preisach模型进行描述, 二阶系统应用遗传算法辨识其参数。实验结果表明: 加入二阶系统后, 类Hammerstein模型对频率的相关性有较大增强, 其误差相应地大幅降低, 在800 Hz时平均绝对误差为0.339 2 μm; 而由Preisach建立的迟滞模型的误差随着频率的增大而大幅增大, 在800 Hz为0.888 1 μm。

为了改善压电陶瓷驱动电源在高电压输出下的动态特性以及高频下的带载能力，提高频率响应范围，设计了一种基于多单元级联的压电陶瓷执行器高压驱动电源。首先，基于分立元件构建直流放大式高精度驱动单元，并针对每个独立的驱动单元进行建模仿真，分析其在压电陶瓷等容性负载下的稳定性并采取了有效的双通道隔离反馈补偿策略。然后，利用多单元隔离浮地级联的方法，将多个独立的高精度驱动电源模块进行浮地级联，构成了一种组合式压电陶瓷高压驱动电源。实验结果表明，该级联驱动电源的输出幅值达0~1 000 V，最大输出功率为1 kW，满信号带宽为1 kHz/03 μF，纹波小于100 mV。根据实验结果，该级联驱动电源满足低纹波，高精度，大带宽，响应时间短，带载能力强等特性。

为了降低迟滞特性对压电陶瓷执行器的影响，研究了基于Preisach逆补偿的滑模控制策略。首先，利用分类排序方法在控制平台上实现了迟滞的Preisach逆模型；然后，将其串联到压电陶瓷执行器前用于抵消迟滞非线性。考虑到迟滞逆补偿的非完全抵消、模型参数的不确定性以及扰动等问题，设计了一种分段边界层滑模控制律。最后，为了验证所设计的控制策略的有效性，设计并实现了逆补偿+PI控制器。实验结果表明，逆补偿+滑模控制提高了基于压电陶瓷执行器驱动的纳米定位系统的跟踪精度，其跟踪正弦输入的平均绝对误差为0.020 6 μm。与逆补偿+PI控制策略相比，逆补偿+滑模控制对不同的输入信号有很好的适应性，保证了纳米定位平台的定位精度。

为了补偿影响压电陶瓷执行器纳米定位系统精度的迟滞非线性，提高系统的控制精度，开展了基于压电陶瓷执行器的迟滞非线性逆模型的研究。兼顾到迟滞的擦除特性和建模的精确度，提出了一种Preisach逆模型分类排序法的神经网络实现方法，用神经网络取代了传统的反查值方法，以避免插值误差。建立三层BP神经网络，运用实测数据进行训练，确定各层权值；然后，结合排序得到的电压和位移极值信息，通过神经网络方法拟合出较精确的输入电压值。运用若干组实验数据检验了此逆模型的有效性，结果表明，该神经网络的实现方法将逆模型的平均误差降低到了1.5 V以下，最大误差绝对值降低到了2.7 V以下。与反查值方法相比，神经网络实现方法有效提高了压电陶瓷执行器纳米定位系统的迟滞逆模型的精度。