文献综述
1.激光冲击强化技术的现状及发展趋势
激光冲击强化(Laser Shocking Peening , LSP)技术，是通过高功率密度(GW/cm量级)、短脉冲(10～30ns量级)的激光通过透明约束层作用于金属表面所涂覆的能量吸收涂层时，涂层吸收激光能量迅速气化并几乎同时形成大量稠密的高温(10 K)、高压(1GPa)等离子体。该等离子体继续吸收激光能量急剧升温膨胀，然后爆炸形成高强度冲击波作用于金属表面。当冲击波的峰值压力超过材料的动态屈服强度时，材料发生塑性变形并在表层产生垂直于材料表面的压应力。激光作用结束后，由于冲击区域周围材料的反作用，其力学效应表现为材料表面获得较高的残余压应力。残余压应力会降低交变载荷中的拉应力水平，使平均应力水平下降，从而提高疲劳裂纹萌生寿命。同时残余压应力的存在，可引起裂纹的闭合效应，从而有效降低疲劳裂纹扩展的驱动力，延长疲劳裂纹扩展寿命。
20世纪70年代，美国首次采用激光冲击改变了7075铝合金的显微结构组织并提高了其性能，从此人类进入了用激光冲击强化应用研究的时代。80年代后期，欧洲、日本、以色列等国家和地区也开始开展激光冲击强化技术研究[1-4]。
20世纪90年代，我国开始研究激光冲击强化技术。主要进行了理论探讨，并针对钢材、铝合金材料等进行试验研究。国内首台大功率激光装置在1996年研制成功[5,6]。21世纪初，张永康教授等对激光冲击强化进行了一系列理论分析，研究了残余应力、抗腐蚀性能、周期性结构变化、涂层约束层和吸收层等在激光冲击强化过程中的影响[7-10]。2009年，胡永祥教授研究了激光冲击光斑形状的影响[11]。2013年，中国科学院沈阳自动化研究所开发出了整体叶盘激光冲击强化设备，拉压试验寿命得到了显著提高。
2016年，曹宇鹏老师采用脉冲激光冲击7050铝合金薄板表面，借助聚偏二氟乙烯压电传感器测量试样表面与背面的动态应变，利用X射线应力分析仪检测激光冲击区域的残余应力分布，通过改变激光功率密度，结合所测得的动态应变曲线来分析冲击区域残余主应力分布，并利用超景深三维显微系统。观察薄板试样表面微结构，探究薄板试样表面残余应力的形成机制，为激光冲击动态响应与表面应力分布的相关性研究提供理论和技术支持。同时，对产生的残余应力洞现象进行实验分析，在反射边界条件下的模拟结果与实验数据具有较好的一致性，表明稀疏波在光斑中心的会聚是产生残余应力洞现象的主要原因。并与振华重工合作，将激光冲击强化技术运用于航空轮机叶片等实际应用中，分析了激光冲击强化在航空叶片上的研究成果，并对航空叶片激光冲击强化的发展及应用进行了展望[12,13]。
2017年，通过使用显式动力学分析软件，通过调整激光冲击参数，探究其对7050铝合金表面形成“残余应力洞”的影响；将模拟结果与X射线应力分析仪测得的试验结果进行对比，并分析两者的误差来源。结果表明，激光功率密度、脉宽的增加会加剧“残余应力洞”现象，光斑直径的增加会抑制“残余应力洞”现象。同时，利用场发式透射电镜检测处理表面，获得衍射图谱和微观组织形貌，建立激光冲击表面微结构响应模型。结果表明随着激光功率密度的提升，晶粒不断细化[14,15]。
近年来，尽管对于激光冲击强化技术的需求越来越迫切，但受到设备和关键技术的限制，国内的研究不够活跃。激光冲击强化技术是利用强激光束产生的等离子冲击波，提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力的一种高新技术。它具有非接触、无热影响区、可控性强以及强化效果显著等突出优点。激光冲击强化应用技术不断取得重大突破，对解决世界性大型装置的断裂问题、提高其可靠性将具有重大的意义。
2.本课题研究的意义和价值
在机械工业中，激光冲击强化技术的意义可以概括如下：
