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激光冲击强化是一种近几十年内发展起来的金属表面处理工艺，该工艺利用高强度脉冲激光在金属表面产生等离子体冲击波，实现金属表面的强化。研究报道表明这种工艺能改变金属工件及材料的性质，使金属表面浅层出现残余压应力，同时伴随着金属晶粒细化，金属材料表面硬度增强、强度增加、耐腐蚀提升等一系列效果。 本文的主要研究内容有以下几个方面: 首先，对激光冲击强化中涉及到的金属材料动态响应、等离子冲击波压力模型、冲击波的传播与反射的理论进行了总结。这部分介绍了描述金属材料的弹塑性模型以及本构方程和状态方程。考虑到材料中超高应变率动态响应，重点描述了适用的Johnson-cook方程，同时选取了Mie-Grüneisen状态方程来描述冲击波在金属工件内的衰减过程。总结了用于激光诱导冲击波压强分布的模型，给出了作用在工件表面压强随时间、位置的变化函数。还总结了冲击波传播与反射所用到的守恒方程和状态方程，介绍了用于谐振腔聚焦冲击波用的数值计算方法-几何冲击动力学方法。 随后，选用COMSOL、ABAQUS这两种有限元商业仿真软件作为理论分析计算工具进行多能场的耦合仿真。COMSOL的优势在于多场耦合的计算，能够将冲击波传播、材料动态响应、流-固耦合等结合在一个大的模型中。论文利用COMSOL仿真分析了声波在一个半封闭的球形腔内的传播、反射、汇聚等效果，同时重点建立了以Johnson-cook材料动态响应模型的自定义三维有限元模型，分析了圆形铜片在冲击作用下的动态响应及应力波传播。同时，利用ABAQUS建立了2024铝合金在脉冲压力波作用下的二维轴对称动态响应模型，得到了残余压应力分布及工件受冲击背表面中央的粒子速度等。 最后，针对传统激光冲击强化中存在的不足设计了谐振腔式激光冲击强化装置，进行了初步的实验研究。实验采用铝合金谐振腔用于冲击波的约束及加强。激光通过激光冲击头上的凸透镜聚焦在谐振腔的出光口，聚集的激光烧蚀黑胶带形成冲击波，从而使得铝合金表面同时受到冲击波的直接强化以及反射冲击波的强化。另外，为了比较谐振腔式激光冲击强化方法与传统方法的差别，在水膜覆盖的条件下分别对着两种工艺方法进行了一系列对比实验。