小孔结构是典型的应力集中结构,在飞机上数量多达百万个的紧固孔属于这种结构,且极易出现疲劳破坏,最终导致零件失效。传统的强化方法在实际应用中均存在一定的局限性,且大部分方法已无法满足当前要求。为了使小孔得到全面强化,通过超声挤压强化技术弥补激光冲击强化小孔的局限性,将两种工艺结合形成一种新的复合强化工艺。目前激光冲击与超声挤压复合强化的抗疲劳机制尚不清晰,因此研究复合强化及其相关工艺参数对小孔结构疲劳性能的影响,对提高小孔结构疲劳寿命具有重要意义。本文基于理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法,对激光冲击与超声挤压复合强化对7050-T7451铝合金小孔结构疲劳寿命的影响进行了研究,分析了相关工艺参数对复合强化效果的影响,并探索了高频超声振动与激光冲击协同强化小孔的新方法。主要研究内容及结论如下:(1)以ABAQUS有限元分析软件为基础,建立了小孔结构激光冲击与超声挤压复合强化的数值模拟模型,分析了复合强化后小孔结构的三维应力分布规律,并研究了相关工艺参数对复合强化效果的影响。结果表明:激光冲击与超声挤压复合强化后孔壁与孔角都出现较好的残余压应力,复合强化后小孔结构应力分布情况优于单一激光冲击强化和单一超声挤压强化;功率密度和脉宽的变化会影响复合强化后小孔结构的应力分布;振幅对复合强化过程中的力学特性的影响较大,摩擦力随着振幅的增大而减小,振幅的变化对复合强化后小孔结构的残余应力分布的影响较小;挤压量的变化会影响复合强化后的残余应力分布情况。(2)通过ANSYS nCode DesignLife疲劳分析软件对完成强化后的铝合金小孔结构进行疲劳寿命分析,结果表明:从疲劳寿命云图看,激光冲击强化、超声挤压强化和复合强化后小孔的易发生疲劳破坏区域分别出现在孔壁中部、挤入端孔角处和靠近孔壁中部的位置;在同一应力水平下,采用复合强化时小孔结构的疲劳寿命最高;在高应力水平下不同强化方式对小孔结构疲劳寿命增益的影响较小。(3)根据仿真结果选择合理的工艺参数对6mm铝合金小孔双联试样进行强化试验,并对强化后的试样进行疲劳试验,结果如下:随着振幅的增大,复合强化过程中拉拔力减小,不同振幅对复合强化后试样的疲劳性能无显著影响;复合强化后试样疲劳增益远大于激光冲击强化和超声挤压强化的疲劳增益,与仿真结果相一致;复合强化后主疲劳源萌生于孔壁中部,疲劳裂纹呈扇形向内部扩展,且其疲劳裂纹扩展速率明显低于激光冲击试样和超声挤压试样。(4)通过以上仿真和试验研究,发现复合强化小孔效果较好但工艺过程繁琐,且为了充分发挥超声特性和提高强化效果,提出了高频超声振动与激光冲击协同强化方法,并采用ABAQUS软件探索了协同强化后小孔结构的三维应力分布规律,结果表明:高频超声振动与激光冲击协同强化可产生较好的残余应力分布,使得整个孔壁应力分布均匀且强化区域大,工艺过程简单;脉宽和频率的变化均会影响协同强化后小孔结构三维应力分布。