激光冲击成形是利用激光产生的冲击波使金属板料产生塑性变形的一种新型板料塑性成形技术,是激光技术在板料成形领域的新应用。自提出激光冲击成形概念以来,人们就希望将该项技术应用于实际生产。但把这一技术应用于生产还有许多科学技术问题要解决,如板料激光冲击作用下的成形性能、损伤理论、破裂等问题。基于此,本文对金属板料激光冲击成形中的层裂特性进行研究,为进一步准确预测板料激光冲击成形效果、优化板料激光冲击成形各种工艺参数及预防板料激光冲击成形破裂提供参考。　　 本文主要工作和结果有以下几点:　　 (1)在分析国内外激光冲击成形理论研究基础上,阐述了激光冲击波的形成、传播和衰减;分析了激光冲击波的力学效应;分析了材料在激光脉冲辐照下的响应、应变速率效应及层裂效应;讨论了应变率效应对板料激光冲击成形破裂特性的影响。　　 (2)在板料激光冲击成形有限元模拟中,采用最大拉应力瞬时断裂准则来判断板料是否发生层裂。通过有限元模拟激光冲击作用下板料径向上层裂发生的区域,研究发现层裂易发生在激光冲击区域内,其次是在光斑边缘处,而在冲击区域外不可能发生层裂。研究了主要工艺参数对层裂的影响,研究结果表明:脉冲宽度、峰值压力和板料厚度对层裂发生的时间及其在板料中(厚度方向上)发生的位置影响较大:而光斑直径、板料尺寸和板料形状对层裂发生的时间及其在板料中(厚度方向上)发生的位置几乎没有影响。　　 (3)通过有限元模拟研究了不同脉冲宽度和板料厚度对金属薄板层裂阈值的影响,研究结果表明:①不管在哪种脉冲宽度下,板料发生层裂的阈值压力均是随着板料厚度的增大而增大,也即板料越厚,板料越难发生层裂;②在不同脉冲宽度下,随着板料厚度的增大层裂阈值的增大程度与脉冲宽度成反比,即脉宽越大,增大程度越小;③在相同板料厚度下,板料发生层裂所需的阈值压力与脉冲宽度成反比,即脉冲宽度越小,板料越难发生层裂;④为了避免层裂,在进行激光冲击成形时,应使板料厚度尽量厚一些,脉冲宽度尽量小一些。　　 (4)对层裂和减薄这两种失效在时间上发生的顺序及成形深度的研究发现:在发生时间上,层裂远远发生在减薄之前;在成形深度上,层裂的成形深度比减薄小;因此,为了提高板料的成形性能,板料在进行激光冲击时应尽可能的避免层裂的发生。在脉冲宽度和峰值压力一定的情况下,只有当板料厚度在某一范围时板料才会产生层裂;在板料厚度和脉冲宽度一定的情况下,只有当加载的峰值压力超过某一值时板料才会产生层裂;在板料厚度和峰值压力一定的情况下,只有当脉冲宽度在某一范围时板料才会发生层裂。　　 (5)通过激光冲击成形试验,发现3003H16铝合金板料激光冲击破裂的失效形式有三种:分别是层裂损伤失效、层裂损伤和减薄破裂失效及减薄破裂失效;板料的层裂不全是单个微孔洞扩展的结果,层裂可以进行一次或多次,甚至板料整个厚度方向上被贯穿;板料激光冲击断裂裂口的SEM图呈撕裂韧窝状,不同位置的韧窝大小不一样,在激光冲击作用下铝合金板料失效形式存在明显的厚度减薄机制。板料发生层裂时的成形极限深度比层裂和减薄同时发生时小,比发生减薄时更小,层裂时试样的极限深度大约为2.636mm,层裂和减薄时试样的极限深度大约为3.940mm,减薄时试样的极限深度大约为4.720mm,因此,在进行金属板料激光冲击成形时应该避免层裂的发生,以便提高板料的成形性能;为了提高板料的成形性能,激光冲击参数应该控制在一定得范围内,为此给出了铝合金薄板激光冲击成形工艺参数选择准则。　　 本文对金属薄板激光冲击成形中的层裂失效进行了研究,分析了主要工艺参数对层裂的影响,同时研究了考虑层裂特性的成形参量的选择,这些研究为预测板料的成形性能提供了依据,为激光冲击成形参数优化提供了依据,丰富和发展了超高应变率下的动态变形基础理论。