超声冲击作为一种有效的形变强化工艺，由于其机理复杂使得在优化工艺参数方面有很大困难。本文针对超声冲击过程中，冲击针速度变化对被处理金属材料塑性变形层应力分布的影响进行研究，提出采用冲击过程中的最大撞击速度衡量强化处理效果的理论，预测冲击塑性变形层深度及其压缩残余应力厚度。本文首先采用ABAQUS有限元软件模拟特定工艺下对铝合金薄板进行超声冲击处理的过程，获得冲击针撞击速度的变化规律及试件上应力场和塑性应变的分布，通过对比之间的关系发现该工艺下冲击针的最大撞击速度（以下简称最大撞击速度）对试件上应力场和塑性应变的分布起决定性作用。根据模拟获得的最大撞击速度对多根针复合冲击过程进行模拟，得到冲击后残余应力的分布。进行对比试验，获得的结果与模拟中的最大撞击速度和处理后试件的残余应力分布接近，得到一种模拟超声冲击过程的有效方法。合理地解释了超声冲击过程的机理。采用有限元模拟和物理试验对照的方法对不同工艺参数(变幅杆输出振幅、冲击针直径、冲击针长度)处理结果进行研究，变幅杆输出振幅增大将导致冲击针的最大撞击速度变大，试件的压缩应力层深度变大、表面压应力增大、冲击过程中硬度增大速度加快、变形量变大。冲击针的直径变小或长度增大将导致冲击针的最大撞击速度变小，试件的压缩应力层深度变小、冲击过程中硬度增大速度变慢、变形量减小。有限元仿真模拟和物理试验结果对比，发现模拟得到的残余应力分布曲线的趋势和数值与试验结果接近，可以作为优化超声冲击工艺参数的有效方法。通过使用高速摄像设备观察冲击针的运动过程，研究实际冲击过程中冲击针的最大撞击速度低于模拟结果的原因，并针对存在的问题自主研发尾圆头型冲击针来改善冲击针在冲击过程中出现横向位移而导致速度降低的情况，从而提高工作效率和处理效果。