单丸粒冲击特性是研究混合射流表面喷丸强度和覆盖率的基础指标，丸粒特性与靶材特性均会对冲击后的弹坑形态产生影响。以不同热处理后的18CrNiMo7–6低碳合金钢为靶材，研究了不同丸粒冲击条件下的弹坑特性。从弹坑形成机理出发，建立了单丸粒冲击弹坑尺寸模型，并通过试验研究，修正了高硬度靶材弹坑的误差，使弹坑深度预测误差降低到30%以下。在此基础上，研究了弹坑相关特征参数（深径比、坑深坑直径占比、脊高）的规律。结果表明，丸粒硬度和靶材硬度对深径比以及坑深直径占比影响最为显著，而弹坑周边的脊状结构只存在于低硬度靶材中。各参数对脊高的影响由大到小分别为丸粒直径、丸粒硬度和丸粒速度。
非接触式激光超声技术在航空航天用关键金属构件激光增材制造（LAM）冶金质量检测和评价中的应用得到了广泛的研究与关注。该技术利用脉冲激光一次激励可激发多模态超声波，通过分析不同模态超声波传播特征参数的变化，实现对显微组织、缺陷及残余应力等不同冶金特征的检测和评价。针对高温、高压、振动等复杂LAM环境下，强散射金属材料的组织晶粒度评价、粗糙表面微缺陷的在线检测、表面残余应力的高精度表征等难题，重点综述激光超声技术在金属LAM 粗大晶粒、孔洞、裂纹及表面残余应力等冶金缺陷检测方面的研究进展，并分析当前研究存在的主要问题。本研究为未来激光超声检测在金属LAM冶金质量在线检测中的应用提供了参考。
采用激光粉末床熔融（L-PBF）成形技术制备CuCrZr合金复杂结构件。在最佳成形工艺参数下，制备了相对密度为99.65%的合金试样，并对L-PBF成形试样在不同方向的微观组织结构和性能进行研究。结果表明，XOY平面的显微组织为晶粒尺寸不一的等轴晶。XOZ平面的显微组织形貌显示柱状晶沿成形方向贯穿成形层生长，晶粒尺寸较大，且存在半圆形熔池。CuCrZr合金在XOY平面的显微硬度高于XOZ平面，拉伸试样的拉伸性能在XOY平面与XOZ平面存在轻微的差异。拉伸断口形貌均存在大量韧窝，是一种以塑性变形为主导的延性断裂。XOY平面的自由电子通过较粗柱状晶进行传输，晶界产生较少的散射作用。XOZ平面的自由电子通过垂直成形方向的等轴晶粒进行传输，晶界产生的散射作用较大，因此导致XOZ平面的导电率与热导率均低于XOY平面。
针对传统体心立方（BCC）点阵结构支杆节点处几何突变引起应力集中过大，结构局部过早屈服问题，提出了一种提高点阵结构的等效屈服应力的圆角化节点增强点阵结构（BCC-F）设计方法。通过基于均匀化方法的数值仿真与3组Ti–6Al–4V BCC及BCC-F点阵试件的单轴压缩试验进行了验证。结果表明，圆角化节点增强能够实现点阵支杆节点处几何光滑过渡，并显著提高低密度BCC点阵结构的等效杨氏模量及等效屈服应力，并改变了破坏模式。在BCC及BCC-F相对密度分别为0.327及0.370时，后者等效杨氏模量及等效屈服应力的增幅分别达到142% 及64%，BCC-F的破坏模式呈现出“多波峰”的坍塌特点。
残余应力诱发开裂问题仍是限制大型构件激光熔化沉积工业化应用的一大瓶颈。因此，探究激光熔化沉积大型复杂构件残余应力的演化规律，以及残余应力诱发裂纹萌生和扩展的微观组织相关性具有重要意义。通过对大型钛合金构件开裂断口形貌分析及宏观热–力耦合有限元计算，首次发现激光熔化沉积过程独特的热应力三阶段非对称循环加载模式，即稳定循环– 突增加载阶段、非线性循环加载阶段及线性循环加载阶段。以热–力耦合计算得到的残余应力为输入，采用耦合损伤的晶体塑性计算研究了3种热应力加载模式对激光熔化沉积特有的网篮组织的破坏程度，发现线性循环加载模式对网篮组织破坏性最大，稳定循环–突增加载模式破坏性次之，非线性循环加载模式破坏性最小。这种热应力加载模式、断口形貌及微观组织分析进一步表明，残余应力诱发开裂现象是由过大的热应力累积、零件的几何特征、热应力加载模式及成形缺陷等多因素协同控制的，而非单一因素影响，这也为从适时消除应力、优化零件结构及工艺参数、减少和抑制缺陷产生等方面系统化控制开裂问题提供了方向。
激光粉末床熔融技术（Laser powder bed fusion，LPBF）在航空航天工业制造中的可重复性受到缺陷的严重影响，其中铺粉过程中的缺陷对零件质量具有重要影响。本文提出了一种基于实时语义分割算法的BiseNetV2（Bilateral segmentation network）模型和加权损失的检测方法，用于实现对铺粉缺陷的类别识别和位置分割。此外，利用模型剪枝技术来优化深度学习（Deep learning，DL）模型的尺寸和性能，并通过TensorRT 技术将轻量化模型部署在监测系统中的计算机上。结果表明，结合加权损失的BiseNetV2 模型能以81.23%的平均准确率检出5种铺粉缺陷。通过剪枝技术得到的轻量化模型在牺牲0.44%精度的同时模型大小显著减小了13.39%。利用TensorRT技术能加速深度学习模型推理过程，在半精度浮点（Floating-point 16，FP16）数据下将检测时间缩短至5.94 ms。
铌合金在超高温环境具有优异的强度和轻量化优势，但传统加工工艺难以实现对其复杂构件的制备。本研究采用激光选区熔化技术制备了组织致密的Nb52和Nb52–0.1ZrC两种铌合金，通过引入碳化物的方法提高了铌合金的力学性能。研究表明，ZrC的引入显著提高了铌合金的强度，其打印态屈服强度、抗拉强度和塑性应变分别达745.91 MPa、795.45 MPa和1.8%，室温断裂方式为沿晶断裂和穿晶断裂混合断裂模式。本研究扩宽了铌合金的成形工艺，为改善铌合金性能和开发低成本的铌合金体系提供了新的研究思路。
采用激光选区熔化成形（SLM）、铸造及挤压方式制备了WE43镁合金试样，通过维氏硬度计、密度测试计、光学显微镜、扫描电镜以及拉伸试验机等设备分析了不同制备方式下WE43镁合金的宏微观组织和力学性能变化规律；设计了基于指数函数的模型对不同成形方式的WE43应力–应变曲线进行统一拟合，为WE43材料未来增材、减材以及等材工艺复合制造复杂零件打下基础。结果表明，SLM成形WE43有明显的各向异性，铸态和挤压态不明显。SLM成形WE43镁合金的强度最高，抗拉强度达到313 MPa，是铸态的183%；挤压态WE43镁合金塑性最好，伸长率达到10.2%，是铸态的232% ；此外，SLM态镁合金密度只有1.731 g/cm3，仅为挤压态的85.7%和铸态的95.2%。在断裂特性上，SLM态和挤压态为韧性断裂，而铸造态为脆性断裂。在内部存在20 μm左右孔洞形缺陷的情况下，SLM成形镁合金依然具有最高的强度，主要原因是SLM成形WE43镁合金平均晶粒尺寸仅为2.6 μm，基体内存在大量的稀土相沉淀以及纳米级亚稳相。由此可知，通过进一步的后处理方法焊合SLM态镁合金内部孔洞形缺陷后，材料力学性能可以大幅提高。
在航空航天领域，自动铺丝已经被广泛应用于制造形状复杂的复合材料构件，C型梁就是其中的典型。C型梁结构通常具有曲率很大的转角过渡区域，保证该区域内的±45°路径铺放质量和铺放效率是C型梁结构铺放过程中的难题。为解决这一问题，分别研究了减丝束方法和缠绕方法对梁类零件转角区域铺放质量的影响，并进一步对比分析了减丝束法和缠绕法两种铺放策略在铺放转角区域时的优劣。建立了实际铺放过程中两种铺放策略的选择原则。最终通过实际铺放试验证明减丝束法和缠绕法相结合能够更有效地保证C型梁转角区域的铺放质量和铺放效率。
随着国防军工和LED产业发展，对蓝宝石衬底的需求和形状复杂度的要求逐步提升。蓝宝石传统抛光方式如化学机械抛光存在效率低、曲面加工效果不佳等问题，而气囊抛光作为快速抛光方式之一，适用于各种曲面的抛光，故将气囊抛光技术应用于蓝宝石弧面抛光。首先基于机器人平台建立抛光运动模型，随后通过单因素试验和正交试验得到较优工艺参数，最后在较优工艺参数下进行整弧面抛光并探究抛光时间对蓝宝石表面质量的影响。结果表明，抛光时间为8 min时，工件弧面表面粗糙度Ra 从541.5 nm下降至41.2 nm并成功保形，验证了气囊抛光蓝宝石弧面的工艺可行性。
为了探究烧结磨头不同磨头参数和磨削参数对蓝宝石玻璃磨削特性的影响，综合考虑了磨头粒度号、主轴转速、进给速度、磨削深度等因素，设计并开展了非超声和超声振动辅助磨削加工试验，研究了上述因素对蓝宝石磨削表面粗糙度、表面形貌及磨削力的影响。结果表明，超声和非超声磨削工况中，磨头粒度号增大对磨削力和表面粗糙度的影响整体均呈现先增大后减小的趋势。不同磨头粒度号工况下的超声磨削力和表面粗糙度普遍小于非超声结果，磨削力最大降幅为27.2%，表面粗糙度最大降幅为18.6%；采用粒度号200/230#的磨头进行磨削，可获得相对较小的切削力和表面粗糙度，是研究工况下的最佳粒度号，而140/170#的使用效果最差。相比于非超声磨削，超声可在所选的主轴转速、进给速度和磨削深度条件下实现磨削力和表面粗糙度不同程度的降低，在小主轴转速和小磨削深度工况下，超声磨削对蓝宝石表面质量的改善作用更显著。
为提高C/C 复合材料孔加工出口边缘表面质量, 以孔出口损伤因子Sd值（孔出口端面损伤面积与加工后理想孔面积之比）作为孔出口质量评价指标，利用单因素及正交试验方法优化磨削工艺参数，分析孔出口边缘磨削机理并提出孔出口损伤抑制策略。结果表明，当主轴转速为12000~14000r/min，进给速度为5~7 mm/min，超声波振幅为8~9 μm时，可将Sd值控制在4.723 × 10–3以内。采用孔损伤抑制策略后，Sd值可进一步降低61.6%。此外，C/C复合材料在超声辅助磨削加工下的Sd值随主轴转速和超声波振幅的增加先减小后增大，随进给速度的增加逐渐增大；在保证进给速度最优时，适当提高主轴转速及超声波振幅有助于改善孔出口表面质量，并可提高加工效率。采用在临近孔出口时降低进给速度、使用刀具侧壁对孔出口进行光磨及在工件下方加设辅助支撑的策略可进一步降低孔出口损伤。
