激光冲击处理技术作为一种新型的表面处理技术,在航空整体叶盘冲击强化、航空机匣激光冲击校形、飞机壁板激光冲击成形、汽车制造、船舶制造等领域均有着广泛的应用价值。薄壁件由于其具有重量轻、比强度高的特点,在航空航天发动机中已有广泛应用。薄壁件刚度低,在对其进行激光冲击处理过程中极易产生宏观变形,如何实现薄壁件结构激光冲击处理的形性协调控制是迫切需要解决的问题。本文在中国航发湖南动力机械研究所(608所)XXX项目、国家自然科学基金辽宁省联合基金项目(U1608259)及国家重点研发计划(2016YFB1102601)的资助下,以航空航天发动机中已广泛应用的GH4169高温合金薄壁件为研究对象,进行了平顶光束多点激光冲击薄壁件的强化与变形研究,获得了以下主要结论和创新性成果:(1)构建了三维平顶光束激光冲击波加载的理论模型,采用一种改进的方法进行多点激光冲击强化的数值模拟研究,在整个数值模拟流程中只需进行显式分析,大大节省了建模分析的工作量,获得了不同光斑搭接率和激光冲击次数对残余应力分布的影响规律。在进行激光冲击强化数值模拟的基础上,对激光冲击强化薄壁件施加循环载荷,开展了循环载荷作用下残余应力松弛的研究,获得了循环中不同最大应力和应力比对残余应力分布的影响规律。(2)构建了表面粗糙度离散化计算公式,提出了一种计算激光冲击强化薄壁件表面粗糙度的方法。该方法借助于激光冲击强化的数值模拟,在MATLAB中利用最小二乘法对获得的表面节点位移数据进行采集和处理,获得表面轮廓中线的位置,最后将节点位移数据带入表面粗糙度离散化公式,得到表面粗糙度数值。通过该方法获得了不同激光能量、激光冲击次数、靶材厚度对激光冲击强化薄壁件表面变形和表面粗糙度的影响规律。(3)以GH4169高温合金为主要研究对象,开展了不同保护层、不同激光能量、不同激光冲击次数、不同试样厚度条件下的激光冲击强化实验,分析上述不同条件下激光冲击强化对GH4169高温合金表面显微硬度、表面形貌、表面粗糙度、表面残余应力的影响。同时对TC6钛合金薄壁件、6061-T6铝合金薄壁件进行了激光冲击强化,分析了不同材料状态下的激光冲击强化效果。对GH4169高温合金拉伸试样进行单双面激光冲击强化处理,对其中一组试样进行了600oC条件下保温1小时处理,同时对保温处理前后试样的残余应力进行了测量,最后对经过不同工艺处理后的试样进行拉伸试验,基于实验数据计算了不同试样的拉伸力学性能,分析了不同拉伸试样的断口形貌。(4)开展了激光冲击薄壁件的变形实验研究,获得了不同激光冲击能量、薄壁件厚度、不同材料对薄壁件变形趋势、表面残余应力分布的影响规律,并通过数值模拟获得不同工艺参数作用下,塑性应变的分布规律,以此阐释薄壁件的变形机理;构建了一种计算薄壁件弯曲变形曲率半径的计算方法,该方法首先给出了曲率半径计算的理论公式,然后通过数值模拟获得平均塑性应变在厚度方向的分布,通过MATLAB对数据进行拟合获得平均塑性应变的分布函数,最终将其带入曲率半径的计算公式,得到曲率半径的数值,该计算方法通过实验进行了验证。(5)根据发动机叶片壁薄且厚度不均的特点,采取了激光变脉宽冲击方式的数值模拟;根据涡轮盘榫槽最容易出现断裂失效的部位,确定需要进行激光冲击处理的区域;考虑到涡轮盘榫槽的结构复杂性,采用了变脉宽、斜冲击的激光冲击强化工艺。采用有限元分析软件ABAQUS对激光冲击处理的涡轮盘榫槽进行有限元模拟,进一步分析变脉宽、斜冲击处理工艺的可行性;最后对涡轮盘榫槽进行激光冲击处理实验,对比分析了激光冲击处理前后表面残余应力、表面形貌、表面粗糙度的变化。对进一步实现激光冲击处理技术在薄壁叶片和涡轮盘榫槽的工业应用具重要的指导意义。