TC4钛合金以其耐热性、强度、韧性、成形性、可焊性等性能较好被广泛用做航空发动机叶片。然而,航空发动机叶片疲劳断裂和磨损,严重影响装备的安全性、可靠性和使用寿命。提升钛合金的抗疲劳性能对航空发动机的安全性以及航空航天事业的发展具有重要意义。激光冲击强化可使表层材料微观组织发生变化,并在较厚的深度上形成残余压应力,可显著地提高材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀性能。描述激光冲击表面强化TC4钛合金力学性能的本构模型对指导材料安全服役至关重要,而相关理论模型尚有待发展。本研究主要通过实验和本构模拟相结合的手段研究激光冲击强化对TC4钛合金力学性能的影响,并建立考虑残余应力以及微结构的本构模型,以描述其力学性能并揭示其变形机理。冲击和未冲击过试样的单轴拉伸实验结果表明,激光冲击强化尽管会导致TC4钛合金的表观弹性模量降低,但不会严重影响其单拉强度和韧性。本构建模及其有限元实现表明,激光冲击强化在材料表面引入的较高的残余应力是导致其表观弹性模量降低的主要原因;而激光冲击强化在材料表面引入的梯度层的厚度较薄不足以对其强度和韧性产生显著影响。