飞机上存在成千上万个连接孔、紧固孔等,而小孔结构是典型的应力集中细节,易在疲劳载荷下失效,这不仅造成经济损失,更存在着安全威胁,因此提高小孔构件的抗疲劳性能意义重大。激光冲击强化能够使小孔构件表面产生塑性变形,引入残余压应力层,从而提高小孔构件的抗疲劳性能,但由于在表面形成的残余压应力深度有限,对于厚板其强化效果有限。超声振动辅助小孔挤压能减小芯棒拉拔力,提高芯棒的使用寿命,使小直径孔挤压强化得以实现,但挤压过后的小孔孔角处应力较大。为弥补上述两种强化方法的不足,更好的提高小孔构件的抗疲劳性能,本文提出激光冲击与超声振动挤压复合强化方法。本文采用理论分析,数值模拟,试验验证相结合的方法,对激光冲击强化,超声振动挤压强化与复合强化对7050-T7451铝合金小孔构件的强化效果进行对比研究,探索各种强化方法下残余应力的形成与作用机制,疲劳断口变化规律。研究的主要工作及结论如下:(1)通过对不同厚度的小孔试样进行激光冲击的理论分析,残余应力仿真分析,疲劳对比试验,发现小孔构件激光冲击强化厚度效应,主要结论为:不同板厚小孔构件激光冲击强化效果主要与孔壁应力分布有关;相同的激光功率密度下,不同板厚小孔构件表面形成的残余压应力大小及深度一定,但随着构件厚度的增加,孔壁拉应力薄弱区间增大,疲劳源易在此区域萌生,因此厚板小孔构件激光冲击效果低于薄板;当增加激光功率密度时,厚板孔壁中部残余拉应力区域虽然减小,但应力峰值升高,而且表面易烧蚀,冲击凹坑变大,板料变形量增加。所以厚板小孔构件采用激光冲击强化存在一定的局限性。(2)基于ABAQUS仿真软件对超声振动特性在芯棒挤压过程的影响进行探索,通过模态分析确定了芯棒的最佳振型与频率,分析了施加与不施加超声以及不同超声振幅下摩擦力的变化和孔壁残余应力的分布,结果表明,超声振动在芯棒挤压过程中起到减小摩擦力的作用,并确定了超声挤压采用的振幅大小,搭建了超声振动挤压试验平台。(3)通过以上的分析研究,提出将两者强化方法结合起来,形成了新型复合强化方法。采用ABAQUS对复合强化的激光功率密度与挤压量等重要参数对小孔残余应力分布的影响规律进行探索,结果表明在2.83GW/cm~2功率密度下及3%左右的挤压量下,孔壁出现较为平缓稳定且较大的残余压应力,并通过了试验验证,疲劳试验发现复合强化效果确实较其他方法具有显著的优势。(4)通过扫描电镜分析3种强化下的疲劳断口,发现疲劳源大多出现在强化后应力较大区域,且裂纹扩展有绕过残余压应力区域的趋势;复合强化疲劳源出现在试样表面,在激光冲击区域外,且疲劳扩展速率要低于另外两种强化方法的,说明复合强化在小孔孔壁与小孔周边表面形成较好的残余压应力场,有效的抑制了小孔应力集中区域内疲劳裂纹的萌生与扩展。本文通过对激光冲击强化、超声振动挤压强化与复合强化的对比研究,为实现提高小孔构件寿命贡献了新的强化方法。