采用脉冲激光器，开展了航空铝合金表面漆层去除试验，通过外观检查、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、原位温度检测、力学性能检测和高周疲劳试验，研究了激光清洗工艺对航空铝合金组织、力学及疲劳性能的影响规律。结果表明：当激光功率和脉冲频率分别为80 W和100 kHz时，可去除铝合金表面环氧底漆涂层，但试样表面仍有漆层残余。当激光功率和脉冲频率分别达到500 W和500 kHz时，表面温度最高不超过115 ℃，未观察到明显的热影响区，材料表面10 μm深度范围内的组织出现部分烧蚀和熔化现象。激光清洗后，材料的硬度增加，并且随着激光功率、频率、能量密度的增加，硬度增幅逐渐减小。拉伸性能结果显示，激光清洗后的试样抗拉强度、屈服强度和延伸率较空白试样均略微下降。高周疲劳试验结果表明，与空白试样相比，激光清洗后的带漆试样的疲劳性能下降11.76%，这主要是激光清洗造成了表面粗糙度增加。经阳极氧化和喷漆处理后，激光清洗去漆不会进一步增加阳极氧化造成的疲劳损伤。

利用足尺试验与有限元模型, 研究了采用聚氨酯(PU)材料制备的桥梁无缝伸缩缝的服役性能。首先, 制备了3种不同配合比的改性PU材料, 测试并对比了它们的初凝时间、拉伸强度、撕裂强度、硬度、路面附着力、吸水率、抗车辙及老化性能, 确定了最适用于桥梁无缝伸缩缝的最优PU配合比方案。然后, 采用所选的PU材料设计制作了4个足尺无缝伸缩缝试验件, 并建立了与之相匹配的有限元模型。最后, 通过对比分析试验实测与有限元计算结果, 表现出所设计的无缝伸缩缝在单轴拉伸/压缩、竖向变形及低周疲劳荷载工况下均能保持优异的服役性能。此外, 研究结果还表明在改性PU无缝伸缩缝与路面之间设置45°倾角可以显著改善受力状态, 避免接缝处早期开裂。

激光冲击强化是一种先进的材料表面抗疲劳制造技术，本文采用正交试验方法研究了激光冲击2050铝锂合金表面残余应力分布规律，获得了优化的激光冲击参数，并在此参数下验证了疲劳寿命增益。研究结果表明：激光冲击强化诱导的残余应力与试样的几何特性相关性较强，而激光冲击参数本身搭接率对残余应力的影响大于激光能量、大于冲击次数，最佳工艺参数为激光功率密度5.30 GW·cm^-2、搭接率50%、2次冲击。采用此参数冲击后260 MPa和200 MPa应力水平下疲劳寿命分别提高了22%和63%。

采用脉冲激光-MAG复合焊和激光-MAG复合焊两种方法,对8 mm厚、1000 MPa级的B950CF高强钢进行对接焊,对比分析两种焊接接头的显微组织、硬度、拉伸性能以及疲劳性能。结果表明,两种焊接方法得到的焊缝组织均由板条马氏体、贝氏体和少量残余奥氏体组成,粗晶区组织为粗大的板条马氏体,细晶区组织由细小的马氏体和贝氏体组成,不完全相变区组织主要为贝氏体和少量马氏体。两种焊接方法所得焊接接头的硬度分布趋势相似,但硬度值相差较大,焊缝区的硬度均高于母材,热影响区存在软化现象。接头拉伸试样断裂均出现在母材。脉冲激光-MAG复合焊接头的疲劳强度(N_f =10 ⁷)平均值为311 MPa,相比激光-MAG复合焊接头的289 MPa提高了22 MPa,约7.6%。与激光-MAG复合焊相比,脉冲激光-MAG复合焊接头疲劳试样的疲劳源气孔更小,且焊缝组织分布更加无序,均有利于提升焊接接头的疲劳寿命。

通过激光选区熔化技术, 使用优化后的工艺参数成形了3组GH4169样件, 制备了高温疲劳性能测试试样。通过工业CT检测了疲劳测试样件的孔隙情况, 在650 ℃高温下进行疲劳循环试验, 同时采用SEM观察试样断口形貌并分析断裂形式。结果表明, 部分参数试样存在约100 μm的孔隙, 经后续检测分析其未对疲劳断裂产生影响。三组试样的疲劳循环次数随工艺参数改变, 无明显的变化趋势, 均为105~107次循环, 但其疲劳性能低于同等试验条件的锻件。断口形貌显示, 三组试样的裂纹源均位于试样表面, 同时存在脆性与塑性断裂两种机制。

针对光纤光栅工程化应用性能不佳的问题, 提出将高强度光纤光栅与碳纤维材料复合, 介绍了复合样品的结构形式, 分析了应变传递过程, 然后对其应变传感特性和疲劳性能进行了实验研究。结果表明: 复合样品能够达到较高的应变传递效率, 具有良好的应变传感特性; 疲劳实验中复合样品保持正常工作, 波长变化曲线的幅度稳定; 疲劳实验前后复合样品的应变传感特性基本不变, 应变灵敏度系数分别为1.12和1.17pm/με, 应变响应曲线的线性度均高于0.999, 重复性分别为0.623%和0.397%。

通过激光搭接焊试验,研究了不同接头试样的拉伸剪切性能和疲劳性能,结合焊缝横截面及断口形貌,对试验结果进行了分析。结果表明,对于宽度为80 mm的非熔透型接头,残余应力导致接头拉剪强度减小4.1%,疲劳极限值减小26.4%;0.2 mm搭接间隙使得接头的拉剪强度减小8.8%,疲劳极限值减小6.25%;20°激光斜入射使得接头的拉剪强度增大3.8%, 疲劳极限值增大18.7%。对于相同板厚组合,母材的冷轧状态对接头的力学性能会有一定的影响。

为了研究激光冲击强化对TC17钛合金高周疲劳性能的影响, 对TC17钛合金进行激光冲击强化处理, 并对处理前后的试样进行了高频疲劳试验, 对疲劳断口和形貌用扫描电镜和透射电镜进行了观察。7J能量激光冲击2次后, 材料在300MPa下的疲劳寿命相比未处理的材料提高了近2倍;相比于母材试样, 强化试样的裂纹源位于次表层深处, 扩展区的疲劳条带排列更加紧密。结果表明, 激光冲击强化后, 试样表面强化区域产生高密度位错和位错缠结。这些缺陷能有效地阻止疲劳裂纹的萌生和扩展, 进而改善TC17钛合金的高周疲劳性能。

采用光纤激光与变极性钨极惰性气体复合填丝焊接A7N01铝合金，经工艺参数优化，得到了成形良好、无缺陷的焊接接头。研究了这些接头的显微组织、拉伸和疲劳性能，并分析了疲劳断裂特征及断口形貌。研究结果表明,接头主要由细晶区、柱状晶和等轴树枝晶组成；焊态下接头抗拉强度均值为320 MPa，约为母材的75%；自然时效30天后，抗拉强度均值提高到369 MPa，达到母材的83%；断裂位置位于焊趾应力集中处，拉伸断口呈明显的韧窝状，为典型的韧性断裂；接头的疲劳极限为115 MPa。

利用6 kW光纤激光器对1.5 mm厚冷轧800 MPa级双相钢进行激光拼焊试验，研究激光焊接接头的显微组织演变规律、显微组织对显微硬度及疲劳性能的影响规律。结果表明，焊接接头主要包括焊缝区（WZ）、粗晶区（CGHAZ）、细晶区（FGHAZ）、混晶区（MGHAZ）和回火区（TZ），其中焊缝区和粗晶区显微组织均为马氏体，但焊缝区内的原始奥氏体晶界保留着柱状晶的生长形态，粗晶区内的原始奥氏体晶界呈多边形生长；细晶区和混晶区均为铁素体和马氏体，但细晶区的显微组织更为精细；回火区主要由铁素体和回火马氏体组成。混晶区和回火区显微硬度均低于母材，共同组成了焊接接头的软化区。由于软化区尺寸相对较窄（0.4 mm）且硬度降低幅度低（~6.8%），拉伸断裂位置出现在母材。在应力比为0.1的拉拉疲劳条件下，母材和焊接接头的疲劳极限分别为545 MPa和475 MPa，疲劳断裂未出现在软化区。母材中的疲劳裂纹在铁素体与马氏体两相界面萌生并扩展；而焊接接头中的疲劳裂纹则在焊缝中的奥氏体晶界上或马氏体板条内萌生，沿着焊缝中心处柱状原始奥氏体晶界的交汇处切断马氏体板条束扩展。