激光喷丸成形工艺是利用激光诱导产生的等离子体冲击力学效应,在金属板料表面及深度方向上产生高幅残余应力场,从而使金属板料产生弯曲变形。该工艺可以有效提高零件的抗疲劳和耐腐蚀性能,因其独特的技术优势在航空航天大型整体壁板成形中具有广阔的应用前景。本文主要论述了基于固有应变理论的激光喷丸成形建模方法,探讨了工艺参数对激光喷丸成形的影响,主要研究内容包括以下几个方面:建立了基于固有应变理论的分层壳单元有限元模型,实现激光喷丸成形弯曲变形量的建模仿真以及仿真效率的提高。通过实验和有限元仿真预测出激光喷丸冲击载荷,基于显式无限大平板模型计算出沿深度方向上固有应变的分布,然后建立隐式弹性壳单元有限元模型。该模型有效地提高了仿真效率,为大型薄壁件的仿真优化提供了可能。揭示了激光喷丸不同方向上的变形差异,研究了喷丸路径和材料性能对变形差异的影响。本文采用不同的扫描方式激光喷丸2024-T3铝合金,来研究扫描路径对激光喷丸变形的影响。同时通过设计不同的实验对2024-T3铝合金进行单次和多次激光喷丸冲击,比较轧制方向和垂直方向上的弯曲变形。结果表明:扫描方式和材料轧制方向对激光喷丸不同方向弯曲变形有明显影响,材料轧制方向上弯曲变形小于垂直方向上的,但是多次喷丸后不同方向上的弯曲变形趋于一致,这可能是材料塑性变形层各向异性减弱造成的。探究了不同工艺参数条件下激光条带喷丸变形规律,实现了对激光条带喷丸变形的预测。通过设计不同的实验方案来研究不同工艺参数条件下条带喷丸变形的情况,分析不同工艺因素对条带喷丸变形的影响,并建立激光条带喷丸有限元模型。结果表明:激光条带喷丸可以抑制条带方向上的弯曲变形,而有限元仿真可以有效预测条带喷丸的变形情况。提出了基于遗传算法优化激光条带喷丸工艺参数的方法,实现了条带喷丸几何参数的优化。将条带宽度和间隔宽度作为设计变量,以仿真曲面与理想曲面位移差值的平方和最小为目标函数,基于遗传算法和数值仿真优化出条带和间隔宽度。该优化方法通过实验证明了其有效性,为抑制激光喷丸球面变形趋势提供了可能。综上所述,本文以激光喷丸成形为研究对象,建立了基于固有应变理论的分层壳单元模型,探究了激光喷丸不同方向变形差异的影响因素和不同工艺参数条件下激光条带喷丸变形规律,基于遗传算法实现了工艺参数优化,为实现激光喷丸精确成形提供了可能,同时增强了激光喷丸成形的可预测性。