空化水喷丸技术是一项新型表面强化处理技术，它依靠自身的技术特点和优势，在金属表面改性技术领域中引起许多学者的广泛关注。其工作原理是合理利用淹没式高速高压水射流形成的大量微小空泡群，空泡群在固体边界附近溃灭时可产生高达数GPa的冲击波压力，利用该压力来强化金属材料。目前的研究结果已经证明了该技术和其他喷丸技术一样能在金属零部件的近表层形成残余压应力层，同时改善微观组织结构，进而提高零部件的疲劳寿命。因此很多研究聚焦于该工艺在金属材料表层诱导的残余压应力及其提高疲劳强度方面的研究，但目前针对其工艺中的空化行为及其强化机理等基础理论的研究还相对薄弱，从很大程度上阻碍了该技术的进一步发展和完善。为了研究空化水喷丸冲击强化理论，对空化水喷丸工艺中的弹塑性行为进行了有限元数值模拟和实验研究，主要工作内容如下：从空化水喷丸工艺的理论研究出发，分析空化现象和空蚀现象；探讨空化水喷丸工艺中材料在冲击波加载下的动态响应以及空化水喷丸工艺诱导残余应力场的机理和塑性变形行为的机理，从而得出影响残余应力场和塑性变形行为的一些主要因素。利用ANSYS/LS-DYNA大型有限元软件对空化水喷丸工艺诱导的残余应力场以及塑性变形行为进行有限元数值模拟，探讨模拟过程中的关键问题，并注重研究空化水喷丸工艺的各种参数（冲击压力峰值、冲击压力持续时间、冲击次数等）对板料残余应力场分布和塑性变形行为的影响，并获得不同参数下材料近表层的残余应力场分布和塑性变形行为的基本规律。利用X射线衍射法和弧高度测量仪分别对板料的残余应力场和塑性变形行为的模拟结果进行实验验证，结果表明模拟获得的结果和实验数据基本吻合，从而说明采用有限元方法可以较好的预测空化水喷丸工艺中板料的变形行为以及残余应力场的分布情况。同时本文的研究结果对空化水喷丸工艺参数的合理优化具有一定的指导意义。