激光冲击被广泛用于均质材料表面强化或成形,但很少用于层状介质的加工制造。这是因为,在层状介质界面处冲击波会发生透射、反射、拉压性质突变等,这使得激光诱导冲击波在此类介质中传输过程复杂,可控性不好。但是,前人研究结果表明,高幅冲击波能够强化材料表面,甚至层状介质的界面。此外,合理设计层状介质,可实现冲击波传输主动控制,获得调制冲击波,进而,不仅能够实现材料改性,还能够控制材料塑性流动方式,实现表面微造型。本文基于层状介质中激光诱导冲击波的调制理论,对激光冲击强化层状介质和金属表面激光冲击毛化进行了系统的实验和仿真研究。主要工作和结论如下:(1)层状介质中冲击波传输理论。基于Abaqus有限元仿真软件,建立层状介质物理模型,系统仿真冲击波在层状介质内的传输过程,研究应力波在膜基结构中的传输规律:若冲击波从较高阻抗介质传输到较低阻抗介质,冲击波振幅会在介质界面处发生突然衰减,反射波与入射波互相作用,导致拉应力产生。若冲击波从较低阻抗介质传输至较高阻抗介质,冲击波幅值会在介质界面处放大,同时反射波会与入射冲击波相互作用从而形成压应力。对于双金属复合材料,膜层的残余应力分布与单层材料一致,当从膜层传输至基体时,由于阻抗匹配的不同,残余应力的分布趋势也有所不同。(2)激光冲击强化铜铝层状复合材料研究。通过实验和仿真,研究激光参数和界面处材料声阻抗匹配度对界面性能和材料综合性能的影响。结果发现:当激光冲击高阻抗膜层-低阻抗基体时,膜层能够得到强化,如果膜层足够薄,基体也能够得到强化。当激光冲击低阻抗膜层-高阻抗基体材料时,不仅膜层材料能够被强化,基体被强化的可能性也变大。(3)铜靶材表面激光冲击毛化研究。主动设计制造空穴映射层,利用空穴映射层对入射宽幅冲击波进行空间调制,获得幅值具有一定空间分布的透射冲击波,在靶材表面获得微凸起。结果表明:当能量低于某一阈值时,凸起高度是随能量增加而变大;当能量大于这一阈值后,过大的激光能量会使微凸起的顶端产生次级微凹陷,从而形成火山口形貌,降低了凸起总高度;映射层声阻抗与基体、约束层之间的声阻抗匹配度越高,越有利于凸起的产生;空穴间距的减小会影响凸起之间材料流动,由圆形凸起逐渐过渡为四周有圆角的方形凸起;微凸起部位以及微凸起之间的材料硬度均显著高于基体硬度,说明激光冲击毛化技术具有表面微造型和表面强化的复合效果。