激光喷丸强化是一种新型抗疲劳制造技术,其利用高功率密度、短脉冲激光和材料相互作用诱导的高幅冲击波压力实施表面改性,从而提高金属零件的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力,大幅改善结构件的疲劳寿命。本文基于断裂力学理论,采用数值模拟与实验相结合方法,对含贯穿裂纹的6061-T6铝合金薄板激光喷丸后的裂纹扩展性能进行了研究,主要工作如下:　　 分析了激光喷丸强化诱导的残余应力、冷作硬化和微观组织对抗疲劳性能的影响机制,基于断裂力学理论,讨论了激光喷丸强化对应力强度因子、疲劳裂纹门槛值以及疲劳裂纹扩展速率的影响,推导了激光喷丸诱导残余应力场下的疲劳裂纹扩展寿命的估算公式。　　 以6061-T6铝合金CT(紧凑拉伸)试样为研究对象,基于ABAQUS和MSC-Fatigue软件平台,建立了激光喷丸强化过程及其疲劳裂纹扩展的有限元分析模型,进行了不同工艺参数条件下激光喷丸诱导的应力应变以及残余应力场下疲劳裂纹扩展的数值模拟分析。表明激光喷丸能够降低等效应力强度因子,抑制疲劳裂纹的增长,降低疲劳裂纹扩展速率。　　 对CT疲劳试样进行了大面积光斑搭接的激光喷丸强化处理,采用X射线应力测定仪分析了激光喷丸前后的残余应力。在MTS-809电液伺服疲劳试验机上进行了疲劳裂纹扩展试验,研究了激光喷丸强化对含预制裂纹CT样的疲劳寿命的影响及其对疲劳裂纹扩展速率的减缓程度。表明激光喷丸强化诱导的残余压应力场能有效地降低疲劳裂纹扩展速率,并使裂纹产生闭合效应,验证了有限元分析模型的准确性。　　 采用SEM分析了激光喷丸后CT试样的疲劳断口特征,在疲劳裂纹扩展区,张应力轴与裂纹平面垂直,正断面上出现明显的疲劳辉纹,随着裂纹的逐步扩展,疲劳辉纹间距逐渐增大。在此区域中出现的贝纹线表明激光喷丸强化在试样表层产生的残余压应力分布对疲劳裂纹的扩展速率起到延缓作用。