近年来，随着实验条件的完善和有限元分析技术的成熟，人们对激光冲击处理的研究工作不断深入，并取得了丰硕的成果。基模高斯光束是激光冲击处理实验研究中最常用的一种激光能量空间分布形式，然而越来越多的实验数据显示基模高斯光束很容易引起残余应力分布不均匀的现象，甚至是“残余应力洞”，这极大地影响了激光冲击处理的效果。因此，探索一种更适合的光束能量分布形式对激光冲击处理是一项非常有意义的工作。　　 平顶光束以其能量近似均匀分布的特点在激光加工领域倍受青睐，本文对平顶光束激光冲击处理进行研究。以平顶光束激光冲击2024铝合金的模拟和实验工作为主线，通过有限元模拟与实验相结合的方法，重点研究了平顶光束在材料表层诱导残余应力场的特点，并将其与传统的基模高斯光束冲击处理时诱导的残余应力场进行对比分析。主要研究内容及结论如下:　　 (1)对激光冲击波的Fabbro模型进行改进，提出了平项光束诱导冲击波压力分布模型。一方面，详细介绍了平顶光束的基础理论，包括平顶光束的数学描述及其在光学系统中的传输与变换，并通过数值计算得出了平顶光束通过无光阑限制的大孔径聚焦透镜后的光能量分布情况，为在实验室环境下获取高质量平顶光束提供了理论支持。另一方面，介绍了约束模式下激光冲击波压力的Fabbro模型，并结合平顶光束理论，对Fabbro模型进行改进，推导出了平顶光束诱导冲击波的压力分布模型。　　 (2)以有限元模拟和实验相结合的方式对平顶光束激光冲击2024铝合金诱导的残余应力场进行研究。首先运用有限元模拟的方法，对平顶光束冲击处理2024铝合金形成的残余应力场进行分析预测。为了准确加载平顶光束诱导的冲击波压力分布模型，在ABAQUS的用户自定义程序VDLoad中进行二次开发。其次，设计并完成了高质量平顶光束激光冲击2024铝合金的实验。最后，将实验结果与有限元仿真结果进行对比研究，研究发现平顶光束激光冲击2024铝合金诱导残余应力场有如下特点:存在一个阈值，当激光冲击波压力小于该阈值时，影响区内残余压应力场近似均匀分布;当冲击波压力大于该阈值时会引起“残余应力洞”，但该“残余应力洞”内部近似均匀分布。在深度方向上，塑性影响深度和最大残余应力深度随激光冲击波压力的增加而增加。