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。

为研究不同边界约束条件对薄板多点激光喷丸诱导残余应力和塑性变形的影响, 采用数值模拟和试验结合的方法对7075铝合金薄板激光喷丸处理进行研究, 对比分析了板料在底部全约束和两端夹持两种边界约束条件下的变形形貌和残余应力分布。结果表明: 激光喷丸后, 板料冲击区域均产生微凹坑; 底部全约束的板料经激光喷丸后, 未发生整体变形, 仍然保持平整状态, 而两端夹持的薄板喷丸区域发生了整体向上的凸起变形。两种边界约束条件下, 最大残余压应力均出现在板料的冲击表面; 底部全约束时的最大残余压应力为299.0 MPa, 大于板料两端夹持时的251.6 MPa。在厚度方向上, 其残余应力分布也存在着明显差异, 底部全约束时, 厚度方向上的残余应力分布形式为“压应力-拉应力”, 而两端夹持时的分布形式为“压应力-拉应力-压应力”。

对2024-T351铝合金进行了深冷激光喷丸强化(CLP)处理。结果表明, CLP处理使得2024-T351铝合金的表层金属发生了有效的晶粒细化, 严重塑性变形层的晶粒尺寸大多在10 μm以下, 材料内第二相分布更为均匀; CLP处理后试样的表面硬度、抗拉强度和屈服强度比未处理样品的分别提高了34.1%、21.6％和28.9％, 材料的延伸率也略有提高, 实现了强度和塑性的同步增强。拉伸断口形貌表明, 2024-T351铝合金经CLP处理后的断裂形式为韧性断裂, 这有利于改善铝合金的拉伸性能。

为研究激光喷丸强化对医用Ti6Al4V合金表面耐生物腐蚀性能的影响, 对Ti6Al4V合金试样表面进行激光喷丸强化处理; 然后选用动电位极化曲线测试法研究了激光喷丸前后试样的电化学腐蚀性能, 采用扫描电子显微镜观察腐蚀试样的表面形貌并进行能谱分析。结果表明, 在测试参数范围内, 激光喷丸强化试样的自腐蚀电位正移, 腐蚀倾向降低; 钝化电流密度降低, 钝化区电位范围增大, 钝化性能更稳定; 击穿电位正移, 点蚀敏感性降低; 自腐蚀电流密度减小, 腐蚀速率降低。与未处理试样相比, 自腐蚀电位最大正移了0.209 V, 钝化电流密度最大降低了2个数量级, 钝化区电位范围最大增幅为86.90%, 击穿电位最大增幅为88.31%, 自腐蚀电流密度最大降低了81.75%。激光喷丸强化处理可有效改善医用Ti6Al4V合金表面的耐生物腐蚀性能。

采用Abaqus软件建立有限元模型，分析了激光功率密度对孔周表面残余主应力分布的影响。进行了不同功率密度下的激光喷丸（LP）试验，通过X射线应力分析仪测量了孔周区域特征点三个方向的残余应力值，并计算了各点对应的主应力。结果表明，LP之后孔周的残余应力呈现各向异性；最小残余主应力可有效表征喷丸强化效果，随着激光功率密度的提高，最小残余主应力值减小。另外，LP后小孔附近出现典型的残余压应力环，最小残余主应力明显小于其他喷丸区域的；当功率密度超过一定阈值时，此环呈现远离孔壁的趋势。

通过对高导无氧（OFHC）铜的激光喷丸强化（LSP）过程进行数值模拟，研究了重复喷丸次数对LSP的残余应力场和凹坑的影响，并着重探讨了残余应力强化机理。结果表明，随着重复喷丸次数的增加，靶材的塑性变形和凹坑深度逐渐增大，残余压应力与靶材的流动应力均表现出趋于饱和的态势。相对于第三和第四次重复LSP，第二次重复LSP对残余应力大小与分布的影响最为显著。重复多次LSP后的残余压应力强化主要源自材料的硬化历史，前次LSP产生的残余应力对当前LSP过程的靶材硬化有一定抑制作用。

激光喷丸强化技术是一种新型的材料表面改性技术相比于传统喷丸强化技术,具有明显的优势。采用试验与有限元分析相结合的方法，探讨了在一定冲击顺序下，多点激光喷丸强化处理后紧固孔周围残余应力的分布情况。结果表明，通过多个直径为2.6 mm光斑的组合能形成一个直径近似为6 mm的较大圆形冲击区域，可用来替代大直径光斑进行冲击强化。在多点激光喷丸强化过程中，由于多个光斑叠加，导致冲击区域的表面残余压应力幅值由第一点冲击后的134 MPa增加到冲击结束后的254 MPa，冲击区域变形深度也逐渐增大到26.6 μm。在冲击区域钻孔后，紧固孔孔口边缘处的最大残余压应力值明显减小。模拟值与实验值吻合较好。

对渗铝、渗铝后强化、强化后渗铝的K417合金试件分别进行振动疲劳试验。试验结果表明，相对于渗铝处理，强化后渗铝试样的疲劳强度提高了50%，而渗铝后强化试样的疲劳强度提高了30%，这说明渗铝与激光喷丸强化复合工艺可以提高材料的疲劳性能，且强化后渗铝效果更好。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析激光喷丸强化与渗铝复合工艺顺序对材料力学性能的影响，讨论了疲劳性能的改善机理。结果表明，激光喷丸强化促进了渗铝过程，生成大量柱状晶，渗层厚度增加，渗层与基体的结合更加紧密，从而有效提升疲劳性能；而渗铝后强化主要对渗层表面进行了形变强化，疲劳性能的提升有限。

为了研究激光喷丸技术对A356铝合金热稳定性能的影响，采用Nd∶YAG激光器对其进行表面激光喷丸处理及将各试样进行220°C退火试验处理的方法，从微观组织、显微硬度及残余应力等方面进行理论分析和实验验证，取得了一系列实验数据。结果表明，激光喷丸处理能够有效提高A356铝合金的热稳定性能，且在材料表面诱导了较大残余压应力，显微硬度和位错密度得到显著提高，晶粒明显细化; 退火后，激光喷丸试样的表面残余压应力下降了30.68%，位错密度从1.63°降到1.51°，显微硬度下降19.42%，表层晶粒尺寸有所长大，但较基体而言，其晶粒尺寸长大幅度较小。这一结果对于拓展激光喷丸技术和A356铝合金的应用领域是有帮助的。

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。