激光冲击强化整体加筋板的应力成形与位错演化：三点弯曲循环载荷下的疲劳裂纹扩展行为研究

针对航空高铁整体蒙皮结构成形制造与抗疲劳性能提升难题，研究人员创新性提出激光冲击成形(LPF)与强化(LP)一体化工艺，系统研究了6005A-T6铝合金整体加筋板(ISP)的双向成形规律，揭示了典型区域位错演化特征及压缩残余应力(CRS)植入机制，阐明三点弯曲循环载荷下疲劳裂纹扩展(FCG)抑制机理，使试样疲劳寿命最高提升11.3倍，为高端装备轻量化制造提供新方法。

　　

在高端装备制造领域，飞机和高铁蒙皮如同"金属皮肤"，既要承受复杂气动载荷，又要抵抗长期振动引发的疲劳失效。传统铆接结构存在螺栓松动、焊缝退化等隐患，而整体加筋板(ISP)虽能避免连接缺陷，却面临"厚薄不均、双向约束"的成形难题。更棘手的是，现有成形工艺难以兼顾"高曲率成形"与"深层压应力植入"的双重需求，导致蒙皮结构在服役中易发生疲劳断裂。

江苏大学激光技术研究所的研究团队独辟蹊径，将具有超高压(GPa)、超高应变率(10⁷ s^-1)特性的激光冲击强化(LP)技术升级为成形工艺(LPF)，对6005A-T6铝合金ISP展开研究。这项发表于《Optics》的工作创新性地实现了"性能增强+弯曲成形"一体化制造，使疲劳寿命最高提升11.3倍，为破解蒙皮结构制造瓶颈提供新方案。

研究采用多尺度表征技术：通过三维轮廓仪量化双向成形曲率，借助EBSD分析典型区域(冲击区/连接区/受压区)晶粒取向，采用TEM观测位错结构演变，结合X射线应力仪测定残余应力场分布，最后通过三点弯曲疲劳试验验证寿命增益。

【Forming results】
双向成形数据揭示：加筋条使展开方向弯曲曲率降低17.3倍，而弦向-展开复合策略(UCDS)试样获得最优双向成形效果。

【Dislocation evolution】
TEM显示：LP冲击区形成含高密度位错的细晶层，第二相数量增加且粗化；仅受CRS影响的受压区位错密度降低并出现亚晶，证实"激光冲击+变形压缩"的协同强化机制。

【Fatigue behavior】
三点弯曲试验表明：LPF试样疲劳寿命提升8.6-11.3倍。垂直于裂纹的压缩加筋条通过增大阻裂距离和面积抑制扩展，而LP诱导的粗糙表面使偏转裂纹"迷途知返"。

这项研究突破传统成形技术局限，首次阐明LPF对ISP结构的"位错强化-细晶强化-压缩韧化"三重作用机制。特别值得注意的是，加筋条特殊结构本身的裂纹阻滞效应与LP诱导表面形貌的协同作用，为设计抗疲劳蒙皮结构提供新思路。研究结果对实现航空高铁蒙皮"形性协同"制造具有重要工程价值，其提出的非接触柔性成形理念更可推广至其他薄壁构件制造领域。