航空航天等领域大量使用复杂型面整体壁板。传统成形技术存在弯曲能力不足和成形精度控制困难等问题。激光喷丸成形采用高能短脉冲激光代替机械弹丸产生冷塑性变形,在未来航空航天领域高性能精确成形领域应用前景广阔。激光喷丸成形是无模弯曲成形,其成形精度和性能受到材料性能、工件几何结构、激光喷丸工艺等众多参数影响。由于激光喷丸成形工艺过程复杂,基于动态冲击建模方法效率低,难以建立基于动态冲击模型的复杂型面工艺规划。因此,寻找合适中间变量是建立高效工艺模型并实现复杂形状控制的关键。固有应变是基于静力学的高效建模方法,在激光喷丸成形变形预测具有显著优势。但是,模型准确性依赖于固有应变的反求结果,而且以固有应变为中间变量的工艺规划存在不适定性问题。针对复杂型面激光喷丸成形工艺参数规划问题,以理论分析、数值模型与工艺实验相结合的方式,深入在研究固有应变理论的基础上,提出固有应变联合反求方法,寻找适合的中间变量,建立基于分布式优化的工艺规划方法,实现激光喷丸成形高效变形预测与复杂型面工艺规划。主要内容与创新点如下:(1)激光喷丸成形固有应变高效建模方法针对激光喷丸成形高动态渐进成形工艺对高效模型的需求,从固体力学平衡方程和几何方程出发,推导固有应变控制方程以及虚功原理,实现了固有应变与变形关系的准确描述。以典型激光喷丸成形过程为例,通过多点搭接显式动力学模型获得热辅助激光喷成形固有应变,进而建立激光喷丸成形固有应变工艺模型,实现了复杂工艺条件下激光喷丸成形几何形状预测与机理分析。(2)基于冲击效应特征参量的固有应变联合反求方法针对激光喷丸成形固有应变反求问题,从固有应变数值模型出发,考虑变形测量的不完备性与数据冗余性,提出了以广义柔度矩阵描述特征点位移与固有应变关系;分析变形几何反求固有应变的不适定问题,提出了基于多特征参量的固有应变联合反求方法,结合微坑标定冲击压力的动态模型获得近似固有应变;进行了标准方板标定实验与基于微坑形貌冲击压力标定实验,实现了不同激光脉冲能量条件下固有应变的联合反求,并采用残余应力测量结果对固有应变进行了验证。(3)激光喷丸成形弯曲变形的固有矩理论提出采用固有矩作为描述激光喷丸成形弯曲作用的物理量,以板壳理论为基础,建立了固有矩控制方程与数值计算方法。从理论上阐述了固有矩与挠度变形之间的双射关系,建立了全覆盖条件下固有矩反求的解析方法,实现了不同能量不同厚度固有矩的确定。研究了轧制方向、喷丸面积等因素对激光喷丸成形固有矩的影响。研究表明,轧制方向对该方向固有矩有抑制作用,而喷丸面积对固有矩影响较小,固有矩模型能够准确预测不同喷丸面积条件下的变形。(4)基于分布式固有矩的复杂型面工艺规划针对复杂型面激光喷丸成形变形控制问题,以固有矩为中间变量,分,采用偏微分方程约束的优化模型,建立基于分布式优化的激光喷丸成形工艺规划方法。分析了优化模型最优性条件,并通过离散方法将原问题转化为二次规划问题并通过内点算法实现高效求解。通过Tikhonov稳定因子以及约束的控制解决算法棋盘格效应。以马鞍面、柱面典型曲面为例,优化获得分布式固有矩,分析了精度约束、网格对结果影响,并通过激光喷丸成形实验验证。