激光定向能量沉积（LDED）是受损大型关键构件几何特征修复和性能强化的典型修复技术，但其目前仍面临残余应力、孔洞和裂纹等问题。激光冲击强化（LSP）为解决以上问题提供了新思路。笔者以H13钢粉作为待沉积粉末，采用LDED技术对受损的45钢基体进行修复；然后利用LSP后处理强化LDED修复层，以解决传统LDED修复材料的质量问题。结果表明：随着LDED激光功率增大，H13钢修复层的晶粒逐渐细化，渗碳体溶解，耐磨性提升；LSP后处理会使修复层近表层的晶粒明显细化，显著降低LDED修复试样的摩擦因数，进一步提升其耐磨性。最后，笔者系统揭示了LDED+LSP激光复合再制造工艺诱导的微观组织演化（晶粒细化和渗碳体溶解）及其增强修复层耐磨性的机制。

在激光冲击强化（LSP）技术中，作为冲击载荷的驱动源头和能量来源，激光脉冲参数的不同选取决定着激光吸收机制取向、能量沉积程度乃至等离子爆炸行为规律的差异，进而对冲击载荷形态特征和材料表面强化效果产生重要的决定作用。本文对目前LSP技术中涉及的各类激光参数在激光驱动冲击效应中的作用机理、影响规律，以及在工艺配给上的研究和认知现状进行了综述。针对激光时域结构在决定等离子体膨爆行为和冲击载荷特征中的重要性，以及目前LSP普遍采用调Q激光器高斯时间波形的技术现状展开评述，并指出通过优化激光脉冲时域结构来提升光能向机械能的转换效率，或通过调节激光时域参数来实现精准操控冲击载荷特征具有可能性。

为了研究激光冲击处理GH3039高温合金的高温拉伸性能，采用高能激光束对GH3039高温合金试样进行冲击处理，对比分析了温度为600 ℃时不同保温时间下激光冲击处理GH3039的表面残余应力的松弛行为，研究了保温5 h后激光冲击处理GH3039的晶粒尺寸变化特性以及激光冲击前后GH3039的高温拉伸性能和断口。结果表明：经激光冲击处理后，GH3039表层晶粒显著细化，冲击区域表层1.7 mm深度范围内的应力为残余压应力。600 ℃下保温5 h后，激光冲击处理GH3039的晶粒平均尺寸由20.5 μm增大到28.8 μm，但远小于母材晶粒平均尺寸47.9 μm；随着保温时间的延长，激光冲击处理GH3039的表面残余应力的松弛速率呈持续下降趋势；相比于母材，600 ℃下激光冲击试样的平均极限抗拉强度提升了7.9%，这归因于激光冲击处理诱导的晶粒细化和残余压应力。

为了降低铝合金因激光辐照而产生颗粒污染物的几率,研究了激光冲击强化对纳秒激光辐照5052铝合金诱致污染物产生规律的影响。首先采用不同功率密度的纳秒激光对5052铝合金试样进行冲击强化,而后采用纳秒激光对激光冲击强化后的5052铝合金试样进行辐照-洁净度测试,最后对比分析激光冲击强化前后5052铝合金试样表面硬度、形貌、粗糙度及因激光辐照诱致污染物产生规律的变化。研究结果表明:激光冲击强化在提高5052铝合金表面强度的同时,对抑制低通量激光辐照(不高于0.65 J/cm ²)导致的污染物产生同样是有效的;对于粗糙度Ra为1.6的5052铝合金表面,经聚焦光斑直径为2.2 mm的高斯脉冲激光(光斑搭接率为50%,波长为532 nm,脉冲宽度为14 ns,功率密度为0.75~1.88 GW/cm ²)冲击强化后,低通量激光辐照阶段,激光诱致污染物(粒径为0.3~0.5 μm)数量降低25%~50%。研究结果为5052铝合金因激光辐照,尤其是低通量激光辐照而产生污染物的控制提供了一种新的方法。

为了提高黄铜表面的力学性能和耐蚀性，采用纳秒脉冲激光（波长1064nm,脉宽7ns）冲击强化（LSP）黄铜表面。通过分析激光冲击强化黄铜样品表面的残余应力、横截面金相组织和硬度、表面形貌等力学性能，研究了其对耐蚀性能的影响。结果表明，与未经LSP处理的黄铜样品相比，LSP处理后黄铜样品的电化学腐蚀电位增加，空蚀损失质量降低，仅为原来的1/4，空蚀孕育期时间延长了2倍，空蚀速率降低，从而LSP处理提高了黄铜样品的耐蚀性能。该研究对普通黄铜应用在具有腐蚀性的工作环境中是有帮助的。

提出一种新的加载区域设置方法——面嵌入式加载区域设置方法,阐述其设置原理和操作步骤,并与现有的加载区域设置方法进行比较,最后进行实验验证。研究结果表明:面嵌入式加载区域设置方法所得加载区域可以更好地拟合实际问题中的光斑形状和大小,其精确性不以牺牲零件模型网格质量为代价,同时,该方法在多点冲击中可以通过加载区域的平移及复制实现多个冲击面加载,大大缩短建模过程中的加载区域设置时间,提高建模效率及模拟精度,是一种高效的精密加载区域设置方法。

为实现激光冲击强化在线检测，针对激光诱导等离子体声波现象，采用SIA-AEDAC-01 型声发射数据采集卡采集声波信号，研究并设计了一种激光诱导等离子体声波信号实时采集分析软件系统。设计了该系统的可行性和准确性测试实验，首先用激光冲击强化在线检测系统采集传播在空气中的激光诱导等离子体声波信号，并从中提取等离子体声波信号能量；利用X 射线应力分析仪测量试件强化后的残余应力以验证激光冲击强化实验的可靠性。实验结果表明，本文设计开发的软件系统能实时采集分析激光冲击强化过程中的等离子体声波信号，并能准确提取每一次冲击强化产生的声波信号能量；且随着激光冲击能量的增加，等离子体声波信号能量和试件表面残余压应力都增大，且二者曲线线型一致，说明该软件系统准确可靠，满足激光冲击强化在线检测的需求。

通过一种改进的有限元数值模拟方法研究多点激光冲击强化对TC17钛合金表面残余应力和表面变形的影响。为了验证该模拟方法, 将已有实验数据与数值模拟结果进行对比分析, 分布规律具有一致性。在此基础上, 分别分析了激光冲击次数和激光功率密度对表面残余应力和表面变形的影响, 数值模拟结果表明, 随着激光冲击次数的增加, 表面残余应力和表面变形增加, 分布不均匀性也增加, 3次激光冲击后, 表面残余应力和表面变形趋于饱和状态; 随着激光功率密度的增加, 表面残余应力和表面变形都增加。

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。