激光冲击成形是利用激光冲击波和凹模的限制作用实现膜材微纳结构制备的有效方法, 近20年来得到学术界的广泛关注。目前广泛使用的激光冲击成形工艺中, 激光光斑跨越数个微结构特征并且所使用的激光重复频率小于1000 Hz, 这一方面使激光束所覆盖的各个结构受到的冲击波作用不均匀, 另一方面低重复频率激光限制了激光冲击成形速度。为此, 提出高脉冲重复频率小光斑激光扫描冲击渐进成形工艺用于微结构成形制造。采用脉冲重复频率为40 kHz、光斑直径为50 μm的高脉冲重复频率小光斑激光冲击成形宽度为200 μm、长度为6 mm的微槽结构, 分析成形微结构的高度和微结构的截面形状随激光扫描范围的波动情况。结果表明, 在激光扫描范围变动的情况下, 成形微结构的高度较为稳定; 在微结构的起始阶段和终止阶段, 成形微结构的高度具有一定的过渡范围, 终止阶段的过渡长度远大于起始阶段的过渡长度; 所成形的微结构截面能够采用圆弧进行拟合。

为了解决金属箔材微拉深工艺中高昂的微型模具设计制造成本问题, 采用无模具激光冲击微成形方法, 对脉宽5ns、直径50μm的高重复频率激光光斑微冲击成形20μm厚T2铜箔进行了理论分析和实验验证。结果表明,在约束层没有破损的情况下, 凹坑深度h、凹坑底平面直径L1和凹坑壁倾斜程度(L-L1)随着单脉冲能量E及光斑搭接率增加线性增大; 激光扫描内外圆周顺序对凹坑深度没有影响, 但会对凹坑底平面直径有影响, 先扫描外圆周时会形成更大的凹坑底平面直径, 无需模具, 凹坑形貌是可控的。这一结果对激光无模微拉深渐进成形的进一步研究是有帮助的。

基于ABAQUS有限元分析软件, 研究了2024-T351铝合金薄板在聚氨酯橡胶支撑下的激光冲击成形过程, 分析了橡胶垫块的厚度、直径、硬度对薄板成形的影响, 并实验验证了模拟结果。研究结果表明, 薄板的成形形状为半球形; 当橡胶厚度在1.5~3 mm范围内变化时, 厚度越大越有利于薄板的成形; 薄板的成形结果与橡胶直径无明显关联; 当橡胶的硬度在40~70 HA范围内变化时, 硬度越小越有利于薄板的成形。模拟与实验结果具有良好的一致性。

利用纳秒脉冲激光诱导冲击波对2024 铝合金试片进行单面冲击成形实验，分析了冲击成形试片的弯曲变形、残余应力和表面形貌。研究发现,激光功率密度和覆盖率影响试片冲击表层的塑形应变大小及其分布，进而影响试片的弯曲变形；随着覆盖率增大，冲击表面趋于平整；相同激光冲击参数下厚度大于4mm 的铝合金试板的曲率半径与试板厚度平方成正比，试片正/反面均为压应力分布，试片弯曲对正面强化表面的残余压应力具有松弛作用。

激光冲击成形技术用于微细薄板拉深成形，有望改善传统成形中的高昂模具费用及摩擦效应问题。采用纳秒高能短脉冲激光诱导冲击动态压力载荷，研究了激光能量密度在15.1~27.0 J/cm2范围内薄板工件的激光冲击动态拉深半模成形的变形量变化规律与成形极限，实验观察到了逆向形变的发生。分析结果表明表面逆向形变是工件在激光冲击载荷作用下撞击下模底面后反弹而产生的。进一步研究了激光能量密度对逆向形变的影响，提出了通过降低激光脉冲能量、由单脉冲到多脉冲作用的方法改善逆向回弹，有效实现了较高的模具贴合程度。

采用最大输出激光脉冲能量为12.5 J的Thales Laser激光器，对比交叉轧制AZ31镁合金薄板和交叉冷轧钼带的激光冲击成形(LSF)特征，对其破裂行为和微观结构进行分析和探讨。结果表明：采用不同能量密度的激光束对镁合金薄板和钼带两种不同材料进行连续多次激光冲击，实现了其高应变速率冷成形。AZ31薄板和钼带LSF破裂均表现出厚度减薄形式，而钼带LSF过程中发现层裂现象，AZ31薄板LSF试样断口由韧性断裂和脆性断裂混合组成，而钼带LSF试样属于脆性断裂。此外，还讨论了两种金属板料的各向异性和应变速率对高能高应变速率LSF成形性能及其破裂行为的影响。

为了研究中空激光参量对金属板料变形的影响, 采用数值仿真的方法, 选用不同的中空激光参量对3003铝合金板料进行了冲击成形数值模拟, 分析了板料变形的动态响应过程以及成形规律。结果表明, 中空激光加载后, 板料获得初速度, 光斑区域的速度逐渐减少, 区域外的速度逐渐增加, 带动整个板材的运动; 与实心激光冲击板料变形比较, 板料底部变形区较为平坦, 变形比较均匀, 提高了板料的成形性和成形极限。该研究通过选择不同的中空激光参量获得板料的成形规律, 为中空激光冲击成形技术提供了依据。

根据现有的激光冲击成形理论，利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA，通过合理的简化、建模及单元的选择、材料属性的设定、网格的划分、约束的施加、求解的控制等，建立了TC4钛合金薄板两工位激光单次同步冲击成形的有限元模型，并对成形的过程进行了数值模拟。在后处理中绘制了成形过程的动态响应曲线，分析了冲击波在靶材中的传播及衰减特点；通过路径的操作，绘制了成形后的轮廓曲线，并对应力分布状况进行了深入分析，为激光同步冲击成形的研究与应用提供参考。

为了检测强脉冲激光冲击加载材料发生的动态变化，采用遮光原理设计了一种新的检测仪器，能较为准确地检测出在冲击过程中试样的动态特征量。结果表明，铝薄板（L2）在激光冲击成形过程中弹性变形和塑性变形同时存在，塑性变形的时间远远大于弹性变形。试样中心区域在弹性变形阶段的平均变形速率为3.2×103m/s，试样的平均应变率为8.9×104s-1。该结果为相关激光冲击成形技术发展提供了实验依据。

实验以 TA2钛合金板料作为试样, 研究了激光冲击成形 W形曲面的变形特点,分析了曲面底部产生微小鼓包的原因。为了改进成形面质量, 提出了在板料与模具之间放置弹性垫, 并对使用弹性垫的激光冲击成形 W形曲面进行了数值模拟研究。结果表明, 激光冲击与模具结合可以实现板料的 W形曲面成形, W形面底部基本平整, 但有微小鼓包; 使用弹性垫可以抑制小鼓包的产生, 能显著改善 W形曲面的成形质量,使受冲击区域更加光滑。