为响应国家节能减排、轻量化的号召,铝合金材料凭借其良好的力学性能与加工性能被广泛应用于航空制造业,飞行器机身上存在诸多的铝合金构件且工况条件十分严峻,服役过程中难免会出现裂纹缺陷和疲劳损坏等问题。传统的表面处理工艺自身均存在一定的缺点,已经无法满足高性能使用需求。为了使铝合金构件得到有力的强化,可将激光冲击强化和超声挤压强化两种工艺相互结合在一起,形成一种全新的复合强化工艺。目前,只有极少数学者进行过相关探索,因此关于超声挤压辅助激光冲击复合强化对铝合金构件抗疲劳特性的影响机理,值得进一步研究。本文采用以试验验证为主,理论分析与数值模拟为辅的研究思路提出了一种超声挤压辅助激光冲击复合强化的方法,研究了复合强化对7050-T7451铝合金构件的强化效果,并分析了相关工艺参数对复合强化效果的影响规律,探讨了复合强化对疲劳寿命的影响机制。主要内容如下:(1)通过ABAQUS有限元分析软件,对复合强化过程进行数值模拟,对比了不同强化工艺下铝合金构件表面的三维应力分布,并研究了相关工艺参数对超声挤压辅助激光冲击复合强化效果的影响。复合强化后整个表面均呈现为残余压应力层,应力分布情况明显优于激光冲击强化。激光功率密度与脉宽均会影响复合强化后表面三维应力的分布。而相对于超声挤压强化参数来说,振幅在几个微米波动时,对表面三维应力分布几乎没有影响,但当振幅过大时,产生负效果;静载荷的变化也会对表面三维应力的分布产生影响。(2)采用合理的工艺参数,对铝合金构件进行强化试验,并测量未强化试样、激光冲击强化试样与复合强化试样的表面形貌及粗糙度。通过对比可以发现,激光冲击强化增大了试样的表面粗糙度与最大高度差,而复合强化则能有效降低试样的表面粗糙度与最大高度差。通过检测不同强化工艺下试样的残余应力可发现,激光冲击强化边缘区域产生了拉应力区,而超声挤压辅助激光冲击复合强化可以消除单一激光冲击强化边缘区域的拉应力,试样表面均表现为残余压应力,最大值远超激光冲击强化试样,且作用层深度更深。同时,残余应力试验结果也验证了数值模拟的可靠性。(3)通过疲劳试验可以发现,激光冲击强化试样和复合强化试样强化端的疲劳寿命远远超过未强化端,但复合强化试样强化端的平均疲劳寿命增益远远大于激光冲击强化试样,充分体现出超声挤压辅助激光冲击复合强化的优越性。另外,当振幅仅在1μm~10μm间小幅度变化时,复合强化后试样强化端的疲劳寿命增益比较稳定;但当振幅过大时,试样强化端的疲劳寿命增益较之前明显减小。当静载荷增大时,试样强化端的疲劳寿命增益也随之增大。(4)观察疲劳断口形貌可以看出,未强化试样断口表面出现多个疲劳源,多聚集在断口边缘中部区域,疲劳裂纹呈放射状条纹向试样内部区域扩展;疲劳源区无摩擦痕与阶梯式样,疲劳裂纹向内部扩展较为顺利。激光冲击强化试样和复合强化试样断口有且仅有一处疲劳源形成于断口边角处;疲劳源区均存在着明显的滑移台阶,但复合强化试样的疲劳源区较激光冲击强化试样相比更为平坦,滑移痕迹更细浅,说明复合强化后试样疲劳源区疲劳裂纹撕裂的难度更大,萌生的时间更长。强化试样疲劳裂纹扩展速率明显低于未强化试样,表明激光冲击强化与复合强化均能抑制疲劳裂纹的萌生与扩展,但复合强化的效果最显著。