激光熔覆是提高铝合金表面性能的有效方法之一,但熔覆层极易产生微气孔、微裂纹等缺陷,导致涂层强化作用下降,很难达到预期效果。为了解决熔覆层中微气孔的存在而导致表面性能下降的问题,本文以铝合金为例,在激光熔覆粉末中添加增强颗粒(SiC),随后通过激光冲击强化的方法改善熔覆层的表面性能。采用ABAQUS有限元软件模拟研究微气孔与增强颗粒对铝合金激光冲击波的速度、表面塑性变形、能量变化及残余应力场的影响,然后采用有限元扩展法(XFEM)研究并预测增强颗粒对激光冲击强化后疲劳裂纹扩展行为的影响。主要研究结果如下:(1)微气孔的影响:模拟结果表明,激光熔覆铝合金微气孔的存在阻碍了激光冲击波的传播,每穿过一层微气孔,波速衰减一次,最终穿过所有微气孔时,波速下降约3.94%;同时,冲击波穿过微气孔时,应力会瞬间下降,开始阶段衰减显著,随着传播距离的增加,穿过微气孔的应力衰减逐渐减弱;另外,微气孔的存在使基体内部能量比例发生改变,基体的内能增加2.63%,内能以更多的塑性应变和残余应力的形式储存在基体中,显著影响残余应力的分布;激光冲击后,微气孔周围产生类似“四叶草”形状的残余压应力分布,为抑制裂纹的萌生与扩展提供了有利条件。(2)增强颗粒的影响:模拟结果表明,在激光冲击熔覆层后,增强颗粒的存在使得塑性应变更深地穿透到基体中,引入更深的残余应力;在裂纹扩展过程中,增强颗粒干扰了裂纹尖端的应力场,降低了基体中裂纹尖端的应力集中;在熔覆层中增强颗粒大小相同的情况下,随着增强颗粒体积分数的增加,塑性应变相应减小,抑制裂纹扩展的能力增强;增强颗粒体积分数相同的情况下,随着增强颗粒尺寸的减小,颗粒数目增多,抑制裂纹扩展的能力提高。(3)实验分析了激光冲击铝基体的残余应力、硬度、显微组织以及疲劳裂纹扩展寿命,验证了激光冲击强化和增强颗粒对基体表面性能的增强作用。结果表明,实验与模拟的变化趋势是一致的,细微的差别是由于进行数值模拟时所选用的模型尺寸较小,使得一些相关影响因素所产生的效果被放大或是被忽略。