激光冲击强化是一种新型、高效的主要针对金属材料的表面处理方法。它利用高功率密度激光与材料相互作用诱导的等离子体压力对材料表面进行强化处理，提高材料的抗腐蚀、耐磨损及疲劳寿命等性能，在航空、航天、汽车等关键零部件的强化处理方面有着重要的应用价值。激光冲击强化的机理复杂，涉及到强激光与物质相互作用、等离子体状态演化、冲击波在介质内的传播规律以及材料的动态塑性行为等多个物理过程。本文采用实验测量、理论分析以及数值模拟相结合的研究路线，对激光冲击强化中的几个关键问题开展了较为系统的研究。主要研究进展包括：　　 1.建立了多物理场同步测量的激光冲击实验平台，能够对激光参数、等离子体压力特征以及材料的动态响应特征进行同步测量。其中，新发展的质点速度测量系统PDV在经过不同速度区间的实验标定后，能够在较宽范围内获取自由表面质点速度，为材料动态力学行为研究提供了一种有效的手段。　　 2.提出了PDV结合PVDF对材料动态力学性能进行测量的实验方法。PDV以及PVDF的测量数据不需要在时间上进行平移就可以具有相同的时间起点，减小了由于杆的横向惯性引起波的弥散效应，从而提高了实验测量的精度。在为激光冲击强化研究提供参数的同时，为材料动态力学性能的测量提供了一种新方法。　　 3.从激光与物质相互作用的机理出发，考虑等离子体膨胀与约束层、吸收层以及靶体介质的变形耦合作用，提出了描述等离子体压力特征的一维耦合分析模型，并发展了等离子体压力的迭代求解方法。通过计算，可以得到给定激光参数和材料参数条件下的激光诱导的压力特征。同时采用PVDF压电薄膜传感器对不同靶体材料内的压力特征进行了测量，得到了压力峰值与传播距离的关系。压力耦合分析模型计算的峰值压力及脉宽与实验测量结果一致，得到了较好的实验验证。　　 4.以等离子体压力作为载荷条件，发展了介质内部冲击波传播和衰减规律的耦合数值分析方法。同时采用PDV测量系统对靶体背表面冲击中心位置的质点速度历程进行了测量，验证数值分析模型。获得了不同激光功率密度条件下压力的衰减规律、靶体背表面的质点速度历程以及介质内冲击波压力和质点速度的指数衰减规律。　　 5.采用量纲分析与数值模拟相结合的方法，研究了激光冲击强化过程中影响强化效果的主要因素及影响规律，得到了冲击强化效果的几何相似律，为相关工艺参数优化设计提供了一种可行的分析方法。首先系统研究了激光单次冲击过程中，冲击强化效果的无量纲影响因素和影响规律。发现单次冲击过程中，峰值压力pm与靶体材料的Hugoniot弹性极限σH之比，pm/σH，是影响塑性区深度以及最大残余压应力的主要影响因素。在单次冲击的研究基础上，对激光单列重叠冲击强化效果的影响因素和影响规律进行了研究，发展了激光单列重叠冲击的数值模拟方法。经过分析，确定激光重叠冲击过程中相邻光斑间距d与光斑半径R之比，d/R，是主要的影响因素，并确定光斑重叠率η=60％左右时可以获得较好的冲击强化效果。