数值模拟技术已经成为解决实际问题的重要手段，采用数值模拟技术对试验过程进行模拟可以替代在试验室或者现场进行的昂贵、费时甚至有时危险的试验。通过计算机模拟技术可以使得试验过程比较方便的多次反复进行，这样也减少了试验经费，节约了资源，从而使试验达到最优化。通过对试验过程的模拟，我们还可以观察到在试验过程中难以观察到的量，这样便于进一步的去分析试验，提高试验的准确性。通过模拟我们可以得到更深刻的了解，进一步的从本质上去分析试验的结果，这对试验的分析起到很大的作用。16MnR钢经过超声冲击处理后，其表面的塑性应变、应力难以观测，通过模拟我们可以得到这些难以测量的量，所以使用计算机对超声冲击16MnR进行模拟十分有意义。本文采用大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对超声冲击16MnR试样表面纳米化过程中所产生的残余应力、塑性应变等进行数值模拟。超声冲击过程是冲击针以一定的速度撞击16MnR试样表面，使得试样表面产生剧烈的塑性变形。本文选用Cowper-Symonds模型对超声冲击过程进行了数值模拟，分析了残余应力产生过程并在不同超声冲击参数作用下的残余应力、应变分布。超声冲击16MnR主要是基于在冲击针高能量的作用下使得基板表面发生剧烈的塑性变形，从而使得其表面晶粒细化的过程。通过数值模拟得到超声冲击针的速度、冲击针半径的大小与试样表面所产生的残余应力、塑性变形之间的关系。从模拟结果可以得到超声冲击针速度和半径越大，冲击后试样表面所产生的残余应力越大、塑性变形也越明显；模拟过程中，还分析了超声冲击时间对16MnR试样表面残余应力分布的影响，超声冲击针作用于基板表面的冲击速度一定的条件下作用时间越长，在16MnR基板表面所产生的残余应力也越大。本文还采用大型商业析软件DEFORM-3D对超声冲击16MnR表面纳米化过程所伴随的晶粒细化过程进行了数值模拟。超声冲击针以一定的速度撞击16MnR表面时，使得其表面产生剧烈塑性变形，从而使得16MnR的表面的晶粒尺寸发生变化。文中通过对DEFORM-3D二次开发，成功地将Yada晶粒细化模型嵌入到软件中使其具有晶粒细化模拟功能。数值模拟结果表明：当塑性变形超过临界应变时，晶粒尺寸将发生变化，表面塑性变形越剧烈晶粒度变化越明显。采用不同的超声冲击应变速率对16MnR表面晶粒细化的是程度不同，其中当应变速率达到1000s-1时，材料表面晶粒的平均尺寸约为85.3nm；在相同的超声冲击时间条件下，试验所得到的晶粒度平均尺寸为50nm，试验和数值模拟结果在同一个数量级可认为是一致的。最后把计算机模拟得到的结果与试验所得到的结果进行对比分析，进一步从理论上推导出16MnR表面晶粒细化机理的过程。本文的研究结果表明：影响超声冲击16MnR表面纳米化过程的主要因素是：超声冲击工艺参数等。该研究结果对超声冲击技术的应用推广和深入研究提供了一定的理论参考价值和指导意义，并从理论上进一步揭示表面纳米化机理。