激光冲击强化利用离子体力学效应在金属表面形成较深的残余压应力层，细化表层晶粒，大幅度提高金属抗疲劳、抗磨损和抗腐蚀等机械性能。目前现有实验手段很难获取超高应变速率下塑性变形过程中微观结构演变的动态过程。本文采用LAMMPS 软件对在2×107 s-1应变率，15 ns的加载时间，300 K 温度下的多晶铜塑性变形行为进行分子动力学模拟，获得超高应变速率力学效应下多晶铜塑性变形微观结构的演变过程。超高应变率下力学效应作用下，形变孪晶是中层错能金属亚微米晶粒细化的主要变形方式。

用输出波长为1064 nm、脉冲宽度为20 ns的调Q钕玻璃激光器对TA2工业纯钛板料进行了激光连续冲击无模弯曲形变试验，用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析了激光冲击变形全断面的特征微结构。根据变形区的应力状态，观察到3种主要的特征微结构。一是位于压缩应变区域的近纳米级微孪晶栅，认为是由接近同一方向的高密度层错聚集的产物；同时由于新生微结构之间的交互作用而诱发的第三类微观内应力，在基体间形成高密度的位错网络和位错胞。二是同在压缩应变区域，在超高应变率和强大的冲击能量作用下局部切变诱发的α→α′的逆相变。三是在激光冲击超高速形变条件下，受高度约束的HCP晶系材料塑性变形阻力增大，在拉伸变形区域诱发沿解理方向的局部层状集群滑移现象。上述3种现象源于激光冲击形变时材料微观约束条件和形变方式，造成形变区域微结构和硬度的不均匀性，在重复冲击条件下，不利于钛板的均匀变形。

采用输出波长1064 nm、脉冲宽度20 ns、光斑直径5 mm的调Q钕玻璃激光，对AISI-201不锈钢板表层进行激光冲击，用热场发射扫描电镜(TESEM)和透射电镜(TEM)分析了激光冲击后样品表面的微结构演变，分析了激光冲击诱导的纳晶化行为与形成机理及其对表面性能的影响。结果表明，在距表面300 μm的冲击区范围内，激光冲击在AISI-201奥氏体不锈钢表面形成了直径为20~50 nm的纳米晶，在纳米晶周围观察到非晶组织；表面纳晶层的硬度比基体提高36%。分析认为纳晶化过程是激光冲击超高应变率和超高能量共同作用下的晶粒碎化与晶内缺陷交互作用的结果。

采用激光冲击强化技术对LY2铝合金表面进行处理, 利用扫描电镜和透射电镜对塑性变形层深度方向的不同区域进行结构表征,测量了元素成分的变化，并对激光冲击强化铝合金的微观机理进行深入的研究。结果表明,激光冲击能够在LY2铝合金表面产生亚微米级的亚晶结构, 深度方向的位错结构从随机分布位错到位错线，再到位错缠结，最后到亚晶进行逐步演变，最终形成细化的晶粒。激光冲击的超高应变率对于粗晶的细化和最小平均晶粒尺寸的大小具有至关重要的作用。