环形中空激光表面处理过程物理现象复杂,内部机理涉及多学科和领域,学术界对环形中空激光表面处理中传热机理及工艺参数的优化尚不十分清楚。基于此,本文对环形中空热源表面处理过程进行理论推导和数值模拟,采用实验方法对模型的有效性进行全面的验证,然后结合实验观测和数值模拟各自的优势,全面而深入地对移动环形中空激光束辐照在基体上的热响应进行了研究。首先,通过经典Rosenthal解析解给出的移动的理想点热源在半无限大物体上的瞬态温度场分布和势函数的线性叠加特性,得到了移动的理想环形热源温度分布的解析解。根据冷却速率的定义,得到了移动的理想环形热源冷却速率的解析表达式,分析了理想环形热源在移动方向上的传热机理。预测了环形热源产生的“ω”型剖面温度场,且随着热源的半径不同,环形中心区域的温度场分布与也各不相同。为了说明环形激光进行表面处理时,可以产生较为均匀的温度梯度场。我们将理想环形热源的单位体积（?）耗散率与Gaussian激光热源的作比较,得到了理想环形热源的单位体积的（?）耗散率要低于Gaussian激光热源的,这很好地解释了环形热源的温度梯度场更均匀、产生的热应力更少,可以获得质量均匀的零件。随后,论文在系统地分析了环形中空激光表面处理过程中材料与激光作用机制的基础上,考虑了基体与空气的对流换热等物理因素,构建了与实际更为接近的环形中空激光表面处理数值模型。探究环形中空热源与Gaussian热源在基体上表面和剖面形成的温度场的不同,以及这两种热源对基体不同深度处点的温度影响。模拟得到的温度场皆与理论预测结果吻合。然后,研究了环形激光表面处理工艺参数对温度场的影响。研究表明:在考察的工艺参数范围内,环形热源产生的最高温度皆随时间波动变化;随着激光功率增加,产生的最高温度增加;在准稳态期间,平均最高温度随扫描速度的增加而降低;随着占空比的增加,最高温度也增加。引入（?）耗散率,得到了激光功率越大,（?）耗散率越大,环形热源形成的温度梯度场越不均匀的结论。为了验证数值模型的有效性,文中进行了相同工艺参数的实验,分别获取了环形中空激光表面处理初始时刻和稳定移动时的上表面温度场,对相应的模拟结果进行全面而系统的验证,证实了模拟结果的准确性。通过扫描电子显微镜（SEM）,观察了环形中空激光表面处理后样品的晶粒结构,分析了环形激光表面受热区与未受热区的显微组织变化。此外,运用模拟得到的温度场解释了经过环形激光表面加热区域的均匀细小的晶粒结构的形成机理。最后,引入（?）耗散理论,利用（?）耗散率极值原理,在定热流条件下,通过数值模拟得到的计算区域温度场分布,计算（?）耗散率,探究光斑内、外环半径的变化如何选取,在保证熔化前提下使得受热面平均换热温差最小,从而使热量传递最优。研究表明:当热输入一定,占空比在0.5-0.56之间时,（?）耗散率最小,且最高温度最小,此时的温度梯度场分布更加均匀。