为研究激光冲击7050铝合金薄板试样形成残余应力洞的机制，分别使用功率密度为1.98 GW/cm²和2.77 GW/cm²的激光冲击7050铝合金试样。采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件模拟分析了在功率密度为1.98 GW/cm²的激光束冲击下的薄板试样。实验中利用X射线应力分析仪测量薄板试样和厚板试样的残余应力分布，利用压电薄膜传感器测量激光冲击时试样的动态应变，并利用三维显微系统观察激光冲击区域的表面微结构。实验结果表明，功率密度为1.98 GW/cm²和2.77 GW/cm²的激光束冲击7050铝合金薄板试样后均产生了残余应力洞现象。反射边界条件下的模拟结果与实验数据具有较好的一致性，表明稀疏波在光斑中心的会聚是产生残余应力洞现象的主要原因。由残余应力分布和动态应变可知，在试样内来回反射的冲击波对残余应力洞的影响不容忽视；功率密度为2.77 GW/cm²的激光束冲击加载后，薄板、厚板试样冲击区域中心的厚度分别比临近区域的厚度大10.800 μm和8.150 μm；在表面稀疏波与冲击波的共同作用下，试样表面均产生了残余应力洞现象。

利用ABAQUS有限元软件进行了单个圆形高斯光斑的激光冲击强化数值模拟,分析材料表面光斑中心区域形成的“残余应力洞”现象,并通过分析材料的动态力学响应特征揭示了“残余应力洞”的形成机制。结果表明：在冲击波加载时,光斑边界处会产生很强的剪切应力,形成向四周传播的表面稀疏波和向材料内部传播的剪切波。当稀疏波同时传播到光斑中心,发生相遇、汇聚,使材料产生急剧的上下位移过程,造成冲击波加载塑性变形后的二次塑性变形。二次塑性变形中形成了较大的剪切塑性应变,并降低了冲击波加载阶段产生的轴向和径向塑性应变,使残余压应力降低,从而形成“残余应力洞”。

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。

激光冲击后在其金属表面形成一定形式的残余压应力,可对材料表面进行改性处理。采用ABAQUS有限元软件,研究激光功率密度、光斑形状对板料表层残余应力场分布的影响,探索残余应力场机制。结果表明,提高激光功率密度可以增加板料表层残余应力场,但随功率密度增大会产生“残余应力洞”现象;激光冲击后材料位移和表面应力动态响应分析表明,材料表面受冲击与材料弹性力作用产生振荡过程,冲击光斑边缘产生反射波(稀疏波)的反向加载,引起反向塑性变形,形成“残余应力洞”现象;光斑形状影响稀疏波向中心汇聚,造成中心残余压应力不同的缺失。该研究为工艺参数优化,减少冲击中心残余应力缺乏,获得更好的激光冲击处理强化效果提供依据。