表征经过激光喷丸处理前后得到的CuNiCrSi合金硬度、疲劳破坏产生的断口形貌、表面残余应力与疲劳寿命, 分析CuNiCrSi合金表面经过激光喷丸强化处理后发生的疲劳性能变化。研究结果表明: 激光喷丸处理实现了硬度提高, 从表面往基体硬度逐渐减小, 能量为2 J比能量为5 J情况下形成的硬度影响层厚度小。以2 J与5 J的激光能量进行喷丸得到的试样残余应力都在表面处达到最大残余应力, 随表面距离的增大残余应力不断降低。经激光喷丸处理引起试样表面裂纹源发生内移使试样表面达到更大的疲劳极限。疲劳断口扩展区生成了二次裂纹, 当激光能量提高后, 获得更大的裂纹长度与深度。各试样都形成了明显的等轴韧窝结构。

为研究激光冲击与喷丸复合强化对TC4钛合金疲劳性能的影响,在测试不同强化工艺状态(未强化状态、喷丸强化状态、激光冲击强化状态、激光冲击与喷丸复合强化状态)TC4钛合金表面残余应力的基础上,进行了细节疲劳额定强度截止值(DFRcutoff)试验,并利用ABAQUS有限元仿真分析其表层残余应力分布。试验结果表明:复合强化TC4钛合金的表面残余压应力和DFRcutoff最大,相比于未强化状态分别提高了189.1%和62.3%。仿真结果表明:表面处理会在试样表面形成残余压应力,激光冲击与喷丸复合强化状态试样的表面残余压应力最大,喷丸强化试样的次之,激光冲击强化试样的最小;激光冲击与喷丸复合强化试样中的残余压应力层最深,激光冲击强化试样的次之,喷丸强化试样的最浅。结合试验结果与有限元分析可知,TC4钛合金的DFRcutoff与表面残余压应力和残余压应力层深度呈正相关。

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。

以ABAQUS和MSC.fatigue软件为平台, 建立了激光喷丸强化前后试样疲劳寿命及薄弱位置预测的有限元分析模型。为研究材料强度对激光喷丸强化效果的影响, 以AZ31B和ZK60两种不同强度变形镁合金为对象, 对激光喷丸强化后的残余应力和塑性变形进行了分析, 并预测了喷丸前后的疲劳寿命, 两种材料的疲劳寿命增益分别为112.04%和181.2%。结果表明, 高强度材料激光喷丸强化效果优于低强度材料。

基于模糊数学理论，综合考虑影响激光喷丸(LSP)强化诱导三维残余应力场的多种因素及其多层次性，建立了残余应力场优劣的二级模糊综合评判模型。以两组有限元分析的数据为例，对激光喷丸诱导三维残余应力场的优劣进行模糊综合评判，并对两组疲劳试样进行疲劳模拟试验，得到的疲劳寿命结果很好地证明了模糊综合评判结果的正确性。该方法可为优化和控制激光喷丸强化诱导三维残余应力场提供理论依据。

为了实现对激光器和工作台的一体化控制, 提供操作上的便利, 提出了一种基于运动控制卡的开放式激光喷丸强化数控系统的控制方案, PC机完成喷丸强化控制系统的核心处理部分, 运动控制卡和单片机完成控制的细节, 阐述了硬件结构原理以及软件模块的划分和实现。结果表明,该系统操作方便、开放, 便于扩展。

为研究激光喷丸对高强度变形镁合金ZK60疲劳性能的影响机理，使之适应交变应力结构件的工作需要，进行了激光喷丸强化表面改性和拉伸疲劳性能实验。实验结果表明，在激光喷丸强化区域获得有益的残余压应力，产生硬化效应，表面塑性变形的微小区域，变形轮廓曲线波动范围较基体小，增加喷丸次数可增强激光喷丸的强化效应。经3次激光喷丸后，中心孔疲劳试样的平均疲劳寿命由未喷丸试样的78023次提高到125641次，寿命增益达61%。从断口来看，激光喷丸强化主要是改变了裂纹源萌生位置，延缓了裂纹扩展速率，对瞬断区无明显影响。激光喷丸强化为镁合金的抗疲劳制造提供了新的途径。

为研究不同应变速率下激光喷丸对6061-T6铝合金力学性能的影响，对标准拉伸试样进行单面和双面激光喷丸强化处理，随后在0.0001~0.1 s-1 4种连续应变速率加载条件下，对未喷丸、单面喷丸、双面喷丸3组试样进行了力学性能测试，同时测试了试样表面残余应力，分析了喷丸前后材料表面粗糙度变化及其对延伸率的影响，探讨了激光喷丸后力学性能变化的微观机理。结果表明，抗拉强度(UTS)及屈服强度随应变速率的增加而增大，延伸率随应变速率的增加略微减小；与未处理试样相比，单面激光喷丸后，铝合金的抗拉强度及屈服强度得到小幅提高，延伸率大约降低了1%；双面激光喷丸后，铝合金抗拉强度最大提高了10.8%，屈服强度最大提高了12.5%，延伸率降低了2%左右。激光喷丸区域晶粒得到细化，位错密度得以增加，6061-T6铝合金的力学性能得到改善。

为研究不同激光喷丸覆盖率对含预制裂纹试样疲劳裂纹扩展性能的影响，采用有限元软件Abaqus和疲劳分析软件MSC.Fatigue相结合，对6061-T6铝合金紧凑拉伸(CT)试样进行了三种不同喷丸区域即15 mm×15 mm、34.5 mm×15 mm和15 mm×60 mm的双面激光喷丸强化和疲劳裂纹扩展的数值模拟。分析不同覆盖率下激光喷丸强化诱导的残余压应力对裂纹闭合效应影响，探索不同覆盖率对疲劳寿命增益的影响。结果表明，经过激光喷丸后，三种不同覆盖率下的疲劳裂纹扩展速率较未处理试件都有一定的降低；喷丸覆盖区域的选择对激光喷丸后CT试样的疲劳寿命有显著影响，其中，对15 mm×60 mm区域进行喷丸后的疲劳裂纹扩展速率降低幅度最大，疲劳寿命增益最为明显。

为研究不同激光喷丸(LSP)工艺参数对强化效果的影响，以ISIGHT软件为平台，结合数值模拟软件ANSYS建立了激光喷丸参数化文件。采用多岛遗传算法对激光工艺参数进行优化，获得一组最佳参数组合。探讨了不同峰值压力及光斑半径对残余应力场及塑性变形的影响，结合实验对优化后激光参数下的塑性变形结果进行了验证。结果表明：模拟结果和实验结果一致性较好，所设计的优化方法可行，对今后的研究具有指导意义。