航空发动机压气机叶片是典型薄壁结构。通过激光喷丸强化在叶缘附近引入残余压应力,是提高抗异物撞击能力,延长疲劳寿命的有效途径。为解决单侧强化产生扭曲变形和双侧同步强化方法存在的材料层裂损伤风险等问题,提出薄壁结构双侧异步激光喷丸强化方法。本文主要研究了双侧异步激光喷丸强化引入残余贯穿深度方向的压应力和消除扭曲变形的可行性与工艺规律。主要研究内容包括以下几个方面:薄壁结构双侧异步冲击变形规律实验研究。针对航空发动机叶片等结构,设计材料为2024-T351薄壁结构模拟试样,对试样进行单侧和双侧异步冲击试验,研究变形规律,并测量双侧冲击后两侧表面的残余应力。实验表明:不同激光功率密度对薄壁结构单侧冲击后,薄壁结构会产生朝向或背离激光入射方向的扭曲变形;用相同功率密度激光在另一侧冲击后,扭曲变形基本恢复,且两侧表面均有残余压应力产生。薄壁结构双侧异步激光喷丸强化建模方法研究。建立显式动力学模型和基于固有应变理论的弹性模型,实现薄壁结构激光喷丸强化的建模仿真。将激光冲击效应等效为冲击压力进行显式动力学分析,并为模型施加阻尼提高计算效率,将显式模型计算得到的塑性应变作为固有应变进行变形预测,并检验仿真模型准确性。结果表明,阻尼可以加快薄壁结构冲击响应稳定且不影响塑性应变计算结果,而固有应变模型可以利用动力学模型结果,准确、高效地预测大尺寸冲击后的变形和应力场。采用数值模型研究激光功率密度影响双侧异步激光喷丸变形机制。通过显式动力学仿真分析薄壁结构冲击扭曲变形过程,并研究塑性应变分布对薄壁变形规律的影响,以及双侧异步冲击扭曲变形恢复的原理。结果表明:薄壁结构激光喷丸中塑性应变由冲击应力波和冲击变形共同作用产生,不同的塑性应变梯度分布会产生不同的扭曲变形,双侧异步冲击可以消除扭曲变形。研究激光扫描次序对冲击效果的影响。通过有限元仿真双侧同步和双侧异步冲击过程,比较两种方法的差异;对激光喷丸过程中不同激光扫描次序进行实验和仿真,研究扫描路径对扭曲变形和残余应力的影响。结果表明,双侧异步冲击可以有效降低拉伸波幅值,进而降低材料层裂损伤风险,但引入的残余应力要小于双侧同步冲击;不同的激光扫描路径会改变薄壁扭曲变形及叶缘附近残余应力大小,从内向外平行于叶缘的扫描路径可以提高叶缘附近的残余压应力。综上所述,本文针对薄壁结构激光喷丸强化,提出了双侧异步的冲击方法,建立了显式动力学模型和基于固有应变的弹性模型,探究了薄壁结构激光喷丸强化扭曲变形和残余应力分布规律,并优化了激光扫描路径,进一步提高强化效果可以为薄壁结构的激光喷丸强化工艺提供借鉴。