1、高能納秒脈沖激光在約束模式下產(chǎn)生的高強(qiáng)沖擊波，在多個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用，包括激光沖擊波強(qiáng)化(LSP)、激光沖擊波成形、激光層裂法檢測(cè)涂層結(jié)合強(qiáng)度和激光沖擊波植入等。其中，LSP技術(shù)是納秒激光沖擊波最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，它使待處理工件表面產(chǎn)生高幅大深度殘余壓應(yīng)力層，從而大幅度提高工件待處理表面的疲勞壽命，由于LSP技術(shù)具有非接觸、可控性強(qiáng)及可局部處理等優(yōu)點(diǎn)，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、整體葉盤(pán)的抗疲勞制造方面該技術(shù)體現(xiàn)出了無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。影響零部件疲勞壽命

2、的主要因素是疲勞破壞部位的表面完整性，主要涉及表面的粗糙度、冷作硬化程度及殘余應(yīng)力狀況，當(dāng)前針對(duì)LSP處理后表面完整性的研究以及殘余應(yīng)力場(chǎng)的研究為主，對(duì)表面粗糙度的關(guān)注較少;此外，拓展激光沖擊波在其他領(lǐng)域的應(yīng)用同樣有著重要意義。本文利用納秒脈沖激光系統(tǒng)在約束模式下產(chǎn)生的峰值壓力高達(dá)數(shù)個(gè)GPa的沖擊波，從理論和實(shí)驗(yàn)出發(fā)，開(kāi)展了激光沖擊波強(qiáng)化鋁合金的表面完整性研究，對(duì)LSP處理后金屬表面粗糙度的變化規(guī)律做了系統(tǒng)的研究，并通過(guò)模擬和實(shí)驗(yàn)的方法

3、，在光斑尺寸和激光沖擊波壓力脈沖上對(duì)LSP工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化;同時(shí)本文拓展了納秒激光沖擊波的應(yīng)用范疇，發(fā)明了兩種基于激光沖擊波效應(yīng)的微結(jié)構(gòu)制造技術(shù)，即金屬織網(wǎng)掩模激光沖擊波微凹坑制備技術(shù)(NMLSP)以及激光沖擊波微壓印技術(shù)(LSPMI)。本文的具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)激光沖擊波強(qiáng)化中不同搭接方式下粗糙度的理論計(jì)算
　　研究最常用的兩種搭接方式即等腰直角搭接方式(AAP)和等邊搭接方式(AAA)在不同的搭接率下對(duì)粗糙度

4、的影響，通過(guò)理論計(jì)算推導(dǎo)在這些不同的搭接方式及搭接率下的各粗糙度參數(shù)括Ra、Rq和Rz的值，推導(dǎo)出了優(yōu)化的搭接方式和搭接率。
　　(2)對(duì)激光沖擊波強(qiáng)化LY2鋁合金表面完整性展開(kāi)了全面研究
　　研究LY2鋁合金經(jīng)激光沖擊波強(qiáng)化后在一個(gè)光斑范圍內(nèi)的表面完整性，分析強(qiáng)化過(guò)程中表面出現(xiàn)的各種缺陷以及形成機(jī)理;研究不同的工藝條件下，不同的初始表面狀態(tài)經(jīng)激光沖擊波強(qiáng)化后表面粗糙度、殘余應(yīng)力以及表面硬度的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在柔性接觸方式下，

5、無(wú)論初始表面粗糙度如何變化，粗糙度存在一個(gè)最終值，在剛性接觸方式下，剛性薄膜對(duì)粗糙表面具有良好的修整能力;通過(guò)對(duì)最終表面完整性的分析對(duì)激光沖擊波強(qiáng)化中表面質(zhì)量的提高提供了理論依據(jù)和解決方法;進(jìn)行了壓氣機(jī)LY2鋁合金葉片在不同搭接率和搭接方式下的LSP試驗(yàn)，并進(jìn)行了面粗糙度和線(xiàn)粗糙度的測(cè)量，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了優(yōu)化的搭接方式和搭接率。
　　(3)激光沖擊波強(qiáng)化金屬中光斑尺寸及不同空間分布的壓力脈沖對(duì)殘余應(yīng)力場(chǎng)的影響規(guī)律
　　以純鋁為

6、研究對(duì)象，利用ABAQUS軟件仿真及實(shí)驗(yàn)手段研究激光沖擊波強(qiáng)化中光斑尺寸對(duì)塑性影響層深度、表層殘余應(yīng)力場(chǎng)分布的影響規(guī)律，指出了Ballard模型預(yù)測(cè)的塑性影響層深度的存在一定程度的不足，發(fā)現(xiàn)了塑性影響層深度和激光光斑尺寸之間的關(guān)系;以純鈦為研究對(duì)象，利用ABAQUS軟件模擬了不同空間分布的壓力脈沖下殘余應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律，優(yōu)化了激光沖擊過(guò)程中空間壓力的分布模式。
　　(4)基于激光沖擊波效應(yīng)的微結(jié)構(gòu)制造技術(shù)
　　利用納秒激光的

7、沖擊波效應(yīng)，發(fā)明了金屬織網(wǎng)掩模激光沖擊波微凹坑制備技術(shù)(NMLSP)，該技術(shù)利用金屬編織網(wǎng)將脈沖激光進(jìn)行分束，在LY2表面獲得了微凹坑陣列，對(duì)NMLSP技術(shù)處理的LY2鋁合金的表面完整性進(jìn)行了表征，發(fā)現(xiàn)雖然分束后的激光束截面是正方形的，獲得的微凹坑卻是圓形的，利用ABAQUS軟件仿真以及實(shí)驗(yàn)手段分析了NMLSP技術(shù)制備微凹坑陣列的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)采用NMLSP制造微凹坑陣列式存在著沖擊波誘導(dǎo)的表面波相互干涉現(xiàn)象。同時(shí)對(duì)NMLSP技術(shù)處理的A3