空化是一种广泛存在于流体中的现象,伴随着微射流和冲击波力学效应,通常会对水力机械造成严重破坏,且损害极大,但控制空化过程的力学效应可实现材料表面的强化,转害为宝。采用激光诱导空化空泡强化材料,具有球对称性好、易操作、稳定性强等独特优势。本文通过搭建激光诱导空化空泡实验平台,并采用高速摄影技术研究激光诱导空泡在多种壁面的脉动特性及其影响因素,深入分析空化机理;采用激光诱导力学效应强化AZ31B镁合金材料,通过表面形貌、硬度和残余应力等性能来表征强化效果,为激光空化强化技术提供理论和实验基础。本文主要研究内容以及结论如下:(1)根据空泡动力学理论分析,研究激光空泡在无限域和近壁面的“初生-膨胀-收缩”脉动规律以及空泡在脉动过程中产生微射流和冲击波力学效应,为空化强化实验提供理论依据。实验研究获得了激光诱导空泡在水平单壁面、竖直单壁面、平行双壁面、垂直双壁面和U形壁面的瞬态特性规律。研究结果表明:空泡在五种近壁面脉动和不同参数影响下均会产生趋壁效应;由于固液界面压力不平衡,空泡在竖直壁面脉动且离焦量小于2时,空泡脉动过程中产生微射流;当离焦量不同时,激光诱导空泡在平行壁面、U形壁面附近脉动,空泡会发生偏移并且向偏移壁面产生微射流现象;空泡在U形壁面脉动时,发现空泡产生分离聚合现象。(2)研究获得了水平单壁面的激光诱导空泡脉动特性,分析激光能量和离焦量等因素对空泡脉动特性的影响。结果表明:激光能量越大,空泡脉动周期越长,空泡最大半径越大;激光离焦量对空泡最大膨胀半径影响不大,对空泡脉动周期具有一定影响;离焦量越小,壁面对空泡的影响越显著,抑制空泡脉动,周期相对较长。(3)通过实验获得了激光空化对AZ31B镁合金轻质材料的强化作用,测试各种参数对镁合金材料表面形貌、硬度和残余应力的影响。结果表明:激光能量越大,且离焦量H=1时,材料表面越平整,硬度越高,残余压应力越大,表明激光空化强化的表面改性技术具有可行性和实用价值。