为改善熔覆层显微组织结构，强化42CrMo表面性能，基于42CrMo基材多道熔覆H13-TiC复合粉末，采用数值模拟与熔覆试验相结合的方式，探究不同熔覆功率下的温度对熔覆层显微组织和显微硬度的影响机理。基于材料性能的温变性构建激光熔覆模型，分析功率对熔覆层表面温度场以及残余应力场的影响机制。针对实验获得的H13-TiC复合熔覆层，采用扫描电镜分析其显微结构以及元素分布，研究TiC颗粒的形态分布与显微硬度之间的关系。结果表明：激光功率在2000 W增大至2850 W的过程中，第三条轨道熔覆状态下的温度峰值提升34.4%，2850 W时高达3471.53 ℃；轨道表面的残余应力呈现中间大两头小的分布规律。熔覆层内部TiC细小颗粒的数量随温度升高而逐渐增加，功率为2850 W时，TiC细小颗粒弥散较为均匀，TiC聚集区以外区域的显微硬度提升33%~50%。通过分析功率增大过程中轨道间温度场和残余应力场的变化规律，改善和提升了熔覆层显微组织结构和显微硬度，为激光熔覆技术在截齿材质42CrMo的应用方面提供了理论依据。

采用数值模拟方法, 研究了激光冲击不同厚度钛合金零件时沿零件表面和深度方向的残余应力场分布规律, 并通过动态分析, 研究了冲击波在不同平面间的反射情况。结果表明, 当其他参数不变时, 试样的正面残余应力随厚度的增大而增大, 而反面残余应力随厚度的增大先增大后减小。当试样厚度为4 mm时, 正面显微硬度最大值为440.2 HV；当试样的厚度为2 mm时, 反面显微硬度最大值为416.1 HV。冲击波与声阻抗接触面作用产生的拉伸波与压缩波对残余应力场的分布有显著影响。

利用ABAQUS 模拟2024铝制圆杆经激光冲击后的动态响应，研究了激光诱导的应力波沿纵向和横向的衰减特性，讨论了杆径对应力波峰值随传播距离衰减的影响，对比分析了杆径对残余应力场的影响。结果表明: 强激光诱导的应力波峰值在圆杆中沿纵向和横向均随传播距离的增大而逐渐减小，同时波形出现“弥散”现象。应力波峰值的衰减速度呈先快后慢的趋势。随着杆径增大，圆杆内部的残余应力场逐渐趋于均匀，残余压应力层深度增大并趋于饱和。

在双面激光同时冲击金属薄板过程中，板料厚度是影响其冲击强化效果的重要因素。利用ABAQUS软件对双面激光同时冲击不同厚度的AM50镁合金板料进行模拟，系统研究了板料厚度对双面激光同时冲击强化效果的影响机理，对比分析了不同模型沿表面径向和轴向的残余应力分布。结果表明，在激光光斑直径、脉冲宽度、峰值压力不变的情况下，随着板料厚度增大，模型内部的残余压应力分布渐趋均匀和有规律，残余压应力影响深度逐渐变深，当板料厚度达到某一阈值后，两者都达到饱和。在激光峰值压力1600 MPa、光斑半径3 mm和压力脉冲宽度57 ns工艺参数下，双面激光同时冲击AM50镁合金薄板的理想厚度为4 mm及以上。

基于模糊数学理论，综合考虑影响激光喷丸(LSP)强化诱导三维残余应力场的多种因素及其多层次性，建立了残余应力场优劣的二级模糊综合评判模型。以两组有限元分析的数据为例，对激光喷丸诱导三维残余应力场的优劣进行模糊综合评判，并对两组疲劳试样进行疲劳模拟试验，得到的疲劳寿命结果很好地证明了模糊综合评判结果的正确性。该方法可为优化和控制激光喷丸强化诱导三维残余应力场提供理论依据。

为了研究镁合金在激光冲击载荷作用下残余应力场的特征，采用实验测试和有限元分析的方法对激光冲击区的残余应力进行了研究。试验中使用Nd∶glass脉冲激光对AM50镁合金表面进行冲击强化处理，当激光功率密度为3GW/cm2时，表面的残余压应力值高达-146MPa，残余压应力层深约0.8mm；用有限元分析软件ABAQUS对残余应力场进行数值计算，得到激光功率密度大于0.49GW/cm2时，将产生残余压应力，随着功率密度的增加，残余压应力值增加并趋于饱和；激光功率密度在1.95GW/cm2~3.06GW/cm2之间时，残余压应力值达到饱和。结果表明，实验测试数据与数值计算结果一致性较好，该结果可为激光冲击参量的优化提供理论依据。

为了研究激光搭接冲击时残余应力场的特征以及激光冲击参量对搭接区残余应力场的影响，采用高功率钕玻璃激光系统对TC4板进行了激光搭接冲击实验，同时利用有限元软件ANSYS对激光搭接冲击过程进行了模拟，残余应力场的数值模拟结果与实验结果取得较好的一致。结果表明，在不考虑各冲击参量之间交互作用的前提下，搭接区表面残余压应力值和残余压应力场深度随搭接率增加而增加,但达到一定阈值后,残压应力场深度会下降; 搭接区表面残余压应力值和残余应力场深度会随着功率密度的上升而增加;在脉宽小于一定阈值条件下,搭接区表面残余压应力随脉宽增加而增加,超过阀值之后,表面残余压应力减小，但残余压应力层深度一直是随着脉宽的增加而增加。

激光冲击处理(LSP)(或激光喷丸强化)是利用激光冲击波压力对材料表面实施强化处理的一种新型表面处理技术。经激光冲击后，残余压应力在材料表面和深度方向上的分布和大小是评价激光冲击效果的一个重要指标，而有限元模拟(FEM)是预测激光冲击处理后残余应力场分布和大小的一种有效方法。在利用ABAQUS软件对激光冲击处理6061-T6铝合金进行数值分析时，讨论了有限元模型、材料性能、冲击加载方式、分析时间等关键问题的处理方法，并分析了激光冲击后残余应力场的分布特点，最后利用有限元模拟考察了激光冲击次数对残余应力场的影响。

在对激光热应力成形(LTF)和激光喷丸成形(LPF)的技术优势进行分析的基础上,提出了一种板料激光预应力复合喷丸成形技术,其将连续激光的热堆积作用和脉冲激光的冲击波作用相结合,是一种热效应和力效应复合的成形方法。板料激光预应力复合喷丸成形技术首先使用CO2激光器对2 mm厚的SUS304不锈钢板料按特定的轨迹扫描以施加预应力,实现板料基本形状成形,然后通过ATOS-Ⅱ光学扫描测量系统测量成形后板料表面的轮廓点云图,利用逆向软件Imageware建立成形板料的虚拟模型。利用有限元软件ABAQUS与逆向软件Imageware的接口,将虚拟模型转换为有限元分析模型,通过调整激光工艺参数和控制激光喷丸轨迹,模拟得到最优的残余应力场分布。然后使用数值模拟优化的激光工艺参数和喷丸轨迹进行板料激光喷丸成形实验。结果表明,经激光复合成形的板料获得预期的形状,且正反两面都呈残余压应力场分布。