激光冲击处理(LSP:laser shock processing)是一种新型的表面强化技术,目前已被广泛应用于材料表面改性的研究。激光冲击处理获得的残余压应力层有很好的阻止裂纹萌生和扩展的能力,从而延长材料的疲劳寿命。TC4钛合金、2024T62铝合金作为重要的航空结构材料,为有效提高其疲劳寿命,对其进行激光冲击处理研究具有非常重要的意义。本文从激光冲击诱导残余应力的机理出发,对激光冲击处理合金产生的残余应力场进行了数值模拟研究,并将模拟结果和试验结果进行了对比。在此基础上,通过导入激光冲击诱导的残余应力场,对激光冲击作用下裂纹的扩展进行了数值仿真分析。论文研究的主要内容如下:以ABAQUS为平台,建立了激光冲击处理合金的有限元分析模型。讨论了建模过程中的几个关键问题。对激光冲击参数对残余应力场的影响进行了重点研究。结果表明:在激光功率密度小于一定阀值时,表面残余压应力最大值随着激光功率密度增加而增加;超过阀值之后,随着激光功率密度增加,残余压应力最大值逐渐向亚表层扩展且残余压应力层深度逐渐增加;多次冲击强化对残余应力场的改善主要体现在残余压应力峰值及压应力层深度的增加上。随着冲击次数的增加,应力值大小及压应力层深度趋于饱和。将数值模拟结果与试验结果进行比较,发现两者吻合。在激光冲击产生残余应力场已有研究基础上,以FRANC2D/L为平台,通过导入残余应力场,建立了激光冲击作用下裂纹扩展的分析模型。对激光冲击产生残余应力场对裂纹扩展的影响进行了重点研究。分析结果表明:激光冲击产生的残余应力场对裂纹扩展具有抑制作用,可以大大提高零部件的疲劳寿命。经激光冲击处理过的疲劳试样其裂纹扩展速率明显降低。将分析结果与已存在试验结果进行了比较,两者吻合较好。