激光冲击强化是一种新颖的金属材料表面改性技术，所利用的是激光诱导等离子体产生的冲击波效应。激光冲击强化过程是一个高压力幅值、短脉宽、高应变率的加载过程，在这种极端加载条件下材料变形行为的研究尤为重要。人们从塑性变形的理论分析模型、残余应力的数值模拟与实验测量、微观结构的观察等方面开展了金属材料宏、微观变形机理的研究。然而，目前对表面微观形貌及其与变形机理之间的联系关注很少，对非金属材料和新材料在激光冲击下变形行为的研究工作较为缺乏。本文主要从表面形貌的角度切入，开展材料在激光冲击作用下的变形机理研究，同时针对不同的材料体系进行了相关的残余应力测量、数值模拟等工作深化对变形行为的认识，主要包括:　　 (1)激光冲击下304不锈钢表面形貌与变形机理的研究。采用光学显微镜观察了试样表面的微观形貌，发现其冲击区、过渡区、未冲击区呈现不同的形貌特征，浮现的形变组织（形变孪晶或滑移带）与材料的变形机制具有对应关系。表面宏、微观形貌的综合分析表明，材料的表面形貌特征与变形机理相互联系，表面形貌观察可作为一种研究激光冲击作用下材料变形机理的简易方法。　　 (2)激光冲击作用下单晶硅的表面形貌与变形行为研究。在不同的温度、激光功率密度下对单晶硅进行激光冲击强化处理，通过表面微观形貌观察和残余应力测量的方法对单晶硅在激光冲击作用下的变形行为进行了分析。研究表明:随着温度的升高，单晶硅的塑性变形能力增强;在高温下对单晶硅进行激光冲击强化处理，能在表面产生几百兆帕的残余压应力;在高温条件下的激光冲击强化实验中，发现了一个优化激光功率密的窗口。　　 (3)激光冲击作用下单晶铜变形行为的实验研究。对激光冲击后单晶铜表面的宏、微观形貌进行了表征，结果表明:单晶铜在激光冲击下以位错滑移的方式发生了显著的塑性变形;在冲击区边沿剪应力大，塑性变形梯度大，微观上表现出大量垂直交叉滑移带。　　 (4)单晶铜激光冲击强化的数值模拟研究。采用率相关晶体塑性本构对激光冲击强化处理单晶铜的过程进行了有限元分析。计算结果展示了冲击波在单晶铜内传播与衰减的规律、材料的变形过程及冲击强化效果。冲击波压力的幅值沿传播深度方向逐渐衰减，在时间上呈指数衰减。冲击波压力的变化历程与单晶铜的变形过程密切相连，激活滑移系的个数、滑移系的变形强化随冲击波压力的变化而变化，而冲击波压力也因滑移系开动产生的塑性变形发生改变。厚0.8mm的[001]单晶铜在激光冲击处理后，可产生厚0.3mm、幅值150MPa的残余压应力表层。此外，计算发现晶体取向对材料的冲击效果具有明显影响。计算得到的背表面质点速度及冲击表面变形量与实验测量的结果一致，证明了计算模型的正确性。