以TC4钛合金为研究对象，采用数值模拟与试验相结合的方式，研究了激光冲击TC4钛合金表面金属塑性变形和体积流动规律，分析了塑性变形驱动金属表层体积流动、应力重构、晶粒细化的机制。研究结果表明：激光冲击塑性变形使得光斑中心区域材料向着边缘及材料内部流动。整体塑性变形体积数值计算结果显示：当功率密度为1.58、2.25、3.02 GW/cm²时，表面凹坑体积大致等于内部正向变形体积与表面环状凸起体积之和，在无相变体积改变的情况下，试件整体塑性变形符合体积不变定律；不同激光功率密度作用下的表面残余应力分布与表面塑性变形分布规律大致相同，存在对应关系；表面凹坑变形、环状凸起变形、内部凸起变形各区域粒径尺寸分别为99、108、136 nm，晶粒细化程度在表面凹坑区、环状凸起变形区域、内部正向变形区域依次递减。此外，光斑边缘出现的微凸起变形在受到搭接激光冲击作用后，再次发生塑性变形，微凸起变形在冲击载荷方向被压回，向着材料内部流动；凹坑表面各光斑边缘处依旧存在较小的微凸起变形。

为了掌握在激光冲击波作用下薄膜零件的翘曲变形规律, 采用有限元软件ABAQUS, 模拟了在不同的加载压力和不同的顶块材质情况下, 薄膜零件在超高应变率下的变形特性。模拟结果表明, 顶块材料的强度会影响残余应力分布和薄膜零件的翘曲变形。较低强度的材质可以获得分布状况较好的表面层残余应力场, 当以刚体(超强材料)为顶块时, 薄膜产生反向变形(呈凸状), 且其变形量随着激光冲击峰值压力的增加而增大, 而以较低强度材质为顶块时, 薄膜趋于正向变形(呈凹状)。

为研究激光冲击波在690高强钢薄板中的传播机制，对690高强钢薄板经激光冲击后的动态响应以Hyperworks、LSDYNA为平台进行模拟，用聚偏氟乙烯压电传感器进行测量，将模拟结果与实验结果对比研究试样动态应变特性，建立了高应变率条件下表面动态应变模型和690高强钢薄板激光冲击波加载模型。研究结果表明，在功率密度为12.7 GW/cm²的激光加载下，通过改变表面测量位置和试样厚度测得表面Rayleigh波波速为3.08×10³m/s、纵波的波速为3.09×10³m/s；表面Rayleigh波传播速度模拟值为3.24×10³m/s，模拟结果与实验结果有较好的一致性；通过调整激光功率密度可分离剪切波和表面Rayleigh波。实验数据证明690高强钢表面动态应变模型准确可靠，激光冲击波加载模型可描述激光冲击波在690高强钢薄板中的传播机制。

为研究激光冲击强化7050铝合金薄板表面残余应力的形成机制，采用5种不同功率密度的激光束冲击加载7050铝合金薄板，利用PVDF（聚偏二氟乙烯）压电传感器测量激光冲击薄板试样的动态应变，利用X射线应力分析仪测量激光冲击后的残余应力分布，并借助三维显微系统观察激光冲击强化造成的表面微结构。结果表明，当激光功率密度为1.02 GW/cm2时，激光冲击引起的横向变形小；当激光功率密度为1.53 GW/cm2时，表面稀疏波与横向变形共同导致了试样最大残余主应力呈等双轴分布；当激光功率密度为1.98 GW/cm2和2.77 GW/cm2时，冲击区域中心比临近区域分别高出5.680 μm和10.800 μm，在来回反射的冲击波与表面稀疏波的共同作用下产生了残余应力洞现象；当激光功率密度为4.07 GW/cm2时，试样冲击区域产生了较大的塑性变形且比较平滑，最大残余主应力呈均匀分布。

对低合金高强度钢40CrNi2Si2MoVA在激光冲击波作用下引入的残余压应力进行了研究。首先利用激光冲击波强化工艺对试件分别进行1次、2次和3次重复冲击试验,然后在此基础上再进行10%搭接率的重复冲击试验。通过对各试件表面残余压应力和硬度的测量与对比,归纳了激光冲击波强化残余压应力与硬度的特征。最后对40CrNi2Si2MoVA强化影响层深度进行了理论预测与实验对比。

为了研究激光冲击高应变率下2024铝合金表面的动态应力-应变特性,采用PVDF压电传感器和STSS-1应力检测模块对脉冲激光作用下2024铝合金表面的动态应变进行了测量,并对各自检测结果进行了对比分析.结果表明,2024铝合金在激光冲击高应变率作用下动态屈服强度与静力拉伸条件下静态屈服强度接近;在动态应变测量中PVDF压电传感器的响应与灵敏度均优于STSS-1应力检测模块,不仅可以有效应用于脉冲激光诱导材料表面动态应变的实时测量,还可以用于对STSS-1应力检测模块的检测结果进行修正,同时实验使用的2024铝合金的动态屈服强度在220 MPa左右.

为分析在激光冲击波作用下AZ31B镁合金薄板背面的动态响应，采用聚偏氟乙烯贴片传感器与数字示波器对强激光诱导的冲击波进行测量，得到压电波形，结合冲击波的传播特性，对弹塑性双波的传播规律进行了研究。结果表明：激光诱导的材料动态响应是快速的；压电波形图反映出的弹性前驱波与塑性加载波传播到靶材背面的时间与理论时间相符；弹性前驱波能量小引发的波形振幅较小，紧随着的塑性加载波能量大并引起较大振幅波动，弹塑性双波卸载过程与紧接着的加载过程导致了压电信号的波动振幅提高。

为研究脉冲激光冲击波诱导2024铝合金表面的动态应变特性，采用脉冲激光对2024铝合金试样表面进行冲击，并利用聚偏氟乙烯(PVDF)压电传感器测量了脉冲激光作用下2024铝合金表面的动态应变，建立了脉冲激光冲击波加载2024铝合金表面的动态应变模型，并通过试验数据对该模型进行了分析验证。研究结果表明，通过调整脉冲激光的作用参数可以控制激光冲击波与表面波不产生耦合；2024铝合金在激光冲击波诱导高应变率作用下的动态应力应变关系曲线与在静力拉伸条件下的静态应力应变关系曲线类似；脉冲激光冲击波加载2024铝合金表面动态应变的模型与试验结果一致。

采用不同能量的脉冲激光多点单次冲击3种不同界面结合强度的膜基系统，利用X射线衍射(XRD)技术检测膜基系统残余应力，并用聚偏二氟乙烯(PVDF)传感器技术采集膜基系统的动态应变信号，建立了膜基系统激光冲击波加载模型，探索了激光离散划痕膜基系统的失效形式。结果表明，激光冲击后，2024铝合金表面以及膜基系统冲击光斑中心的残余应力都呈增大的趋势。膜基系统的动态响应与膜基界面结合强度及激光能量有关。激光离散划痕膜基系统的失效形式有两种：一是反射拉伸波导致薄膜剥落；二是膜基系统间的剪切应力导致薄膜剪切失效。

为了得到工艺参量对层裂的影响, 运用有限元模拟的方法, 采用最大拉应力瞬时断裂准则来判断板料是否发生层裂, 并对各参量对层裂的影响进行了分析; 进行了激光冲击成形试验, 用电子扫描显微镜对冲击后的试样进行观察, 并运用应力波传播分析了层裂的产生、发展、形成。结果表明, 层裂易发生在激光冲击区域内, 其次是在光斑边缘处, 而在冲击区域外不可能发生层裂; 脉冲宽度、峰值压力和板料厚度对层裂发生的位置影响较大, 而光斑直径对层裂发生的位置几乎没有影响。这对激光冲击成形的发展具有指导意义。