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激光冲击强化技术是一种利用高功率短脉冲激光与材料相互作用产生高压冲击应力波的力效应来改善金属机械性能的表面改性技术。它可使材料产生塑性变形、残余压应力、晶粒细化以及高密度位错等,能有效地提高材料疲劳强度,在航天、汽车等现代制造领域具有广阔前景。本文从激光冲击波诱导残余应力场的机理出发,对激光搭接冲击强化钛合金进行了实验研究和数值模拟,并研究了激光冲击对疲劳裂纹扩展的抑制机理以及残余应力场对紧凑拉伸试件(CT试件)疲劳裂纹扩展特性的影响,取得了如下研究成果：根据弹塑性动力学理论,探讨了激光冲击波的产生和传播机理,残余应力场的形成和估算方法。以ANSYS/LS-DYNA为平台,建立了激光搭接冲击强化钛合金有限元分析模型,阐述了激光搭接冲击强化数值模拟的有限元理论基础,讨论了模型建立、网格划分过程中的关键问题,获得了冲击后残余应力场的分布。针对搭接率、激光功率密度及脉宽对残余应力场的影响进行了数值模拟研究,模拟结果表明：增加搭接率、功率密度和激光脉宽,不但可以增加表面残余压应力,而且可以增加残余压应力层深度L_P；但当脉宽增加到一定值时,搭接区表面残余压应力达到最大值,继续增加会导致搭接区表面残余压应力的降低；搭接率增加到一定程度时,继续增加会导致残余压应力层深度的降低。阐述了激光冲击改善疲劳裂纹扩展特性的基本原理,进行了TC4钛合金的激光冲击与疲劳裂纹扩展实验,讨论了激光冲击对CT试件疲劳裂纹扩展的影响。实验数据表明：激光冲击对疲劳裂纹的扩展起到了很大的抑制作用,激光冲击后试件的疲劳寿命为冲击前的1.38倍,疲劳裂纹的扩展速率为冲击前的78%。建立CT件有限元模型,对激光冲击前后的钛合金CT件模型进行了疲劳裂纹扩展的模拟,分别模拟了峰值压力和搭接率对疲劳裂纹扩展的影响,结果显示冲击后的寿命是冲击前的1.46～3.03倍,疲劳裂纹扩展速率为冲击前的0.95～0.127倍。