深冷激光喷丸强化(Cryogenic Laser Peening,CLP)是一种协同利用超高应变率和深冷处理的新型表面改性工艺,其通过深冷激光喷丸诱导的组织强化和应力强化效应抑制零部件表层裂纹的萌生和扩展速率,从而有效提高结构件的疲劳寿命。本文以TC6钛合金为研究对象,通过数值模拟和试验研究相结合的方法,研究深冷激光喷丸对残余应力场和显微结构的影响规律,探索深冷激光喷丸强化的振动疲劳延寿机理。主要研究内容如下:(1)基于弹塑性力学理论,分析了超低温度和超高应变率条件下材料的动态响应特性和协同强化机制,研究了适用于深冷激光喷丸强化的材料本构模型,讨论了深冷条件下激光诱导冲击波压力大小及其诱导残余应力大小的估算;应用断裂力学理论研究了材料的振动疲劳失效过程,获得了深冷激光喷丸对振动疲劳裂纹扩展特性的影响规律。(2)开展了深冷激光喷丸试验及有限元模拟,研究了深冷激光喷丸诱导的残余应力场分布特性,探索了残余压应力作用下的材料强化机制,获得143K深冷激光喷丸的优化激光功率密度为4.32 GW/cm~2。基于透射电子显微镜(TEM)观测结果,分析发现深冷激光喷丸强化后材料表层晶粒尺寸显著减小,并且生成了大量的高密度位错组态和孪晶等显微结构,得到了深冷处理和激光喷丸耦合作用下材料的微观强化机制。(3)测试分析了TC6钛合金强化试样的振动疲劳特性,研究了不同工艺条件下强化试样的振动疲劳寿命,发现深冷激光喷丸强化后试样的振动疲劳寿命相比于未处理试样提高了近一倍。基于扫描电子显微镜(SEM)对疲劳失效试样的断口形貌进行了观测,探索了深冷激光喷丸强化的振动疲劳延寿机制。另外,基于ABAQUS和MSC.Fatigue软件,建立了深冷激光喷丸强化振动疲劳寿命的数字化分析方法,实现对强化试样的疲劳全寿命和危险节点进行预测。