空化水喷丸技术是利用淹没式射流空化后形成大量的空泡群，该空泡群在材料的表面溃灭时可以形成高达数GPa的冲击波压力，用该压力来强化金属零部件的表面形成残余压应力层，从而使金属零部件的疲劳极限和疲劳寿命得到提高。现代工业发展迅速，对钢材承载能力的要求越来越高，工业生产中许多零部件由于受到交变载荷的影响会产生疲劳裂纹，最终导致零部件的失效，因此用空化水喷丸技术使材料产生残余应力层，从而达到强化材料的目的。目前的研究结果已经证明该技术和其他喷丸技术一样能在金属零件的表面形成残余压应力层，进而提高零件的疲劳寿命。但是目前国内空化水喷丸工艺中的空化行为及残余应力场的形成机理等基础理论的研究相对比较薄弱，从很的程度上阻碍了该技术的进一步发展和完善，基于此，本文拟研究空化水喷丸工艺对45钢的强化过程及最终残余应力场的分布规律。数值模拟技术以其低成本、高效的特点被广泛的应用，本文依据空化水喷丸强化45钢的试验，分析简化了物理模型，运用ANSYS/LS-DYNA软件建立非线性无弹性模型中的双线性各向同性模型，模拟了空化水喷丸工艺过程中冲击波在材料中的传播以及冲击波与材料的相互作用过程，分析了表层的压缩残余应力场分布规律,讨论了材料的本构关系、网格划分、载荷大小以及加载历史等关键问题。采用不同峰值载荷的冲击波压力和多冲击波连续加载的方法，获得了45钢在不同峰值载荷条件下和多波加载条件下的残余应力场的最终分布，单个冲击波作用在材料表面时，残余应力的大小和层深随冲击波峰值的增加而增大，在冲击波峰值一定的条件下，残余应力的大小和层深随着冲击波数目的增加而增加。最后根据X射线衍射法利用微小部残余应力测定装置（PSPC/MICRO）对空化水喷丸诱导45钢残余应力场的大小进行测定，与模拟结果进行对比，模拟中冲击波载荷P=1.2GPa、1.4GPa的模拟结果和空化水喷丸实验中喷丸时间30min测得的结果吻合较好。