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本文结合国家科技支撑计划项目（2012BAF09B01）“面向冶金行业关键装备、技术研发及示范应用子课题——镁合金深加工关键技术研究及大型成套设备研制”，以AZ31镁合金在不同温度、不同应变速率、沿不同方向条件下的拉伸和压缩应力-应变实验数据为基础，建立Arrhenius双曲正弦流变应力本构模型、含常软化因子的高温流变应力本构模型、非关联流动各向异性本构模型和拉-压不对称各向异性本构模型，通过数值模拟和轧制试验研究镁合金热轧轧板宽展和头部翘曲变形的规律，以指导镁合金厚板热轧工艺设计，控制板材成形质量。材料的本构模型是进行轧制过程数值模拟的基础，本文综述了国内外镁合金热轧成形数值模拟技术研究成果，归纳了各向异性本构理论在金属塑性成形中的应用情况，讨论了各种常用本构模型的特点。为研究AZ31镁合金的拉伸、压缩力学性能随温度和应变速率变化的规律，进行了25℃~375℃、应变速率为0.001s-1~0.1s-1条件下镁合金轧制试件的单轴拉伸和单轴压缩试验。结果表明温度和应变速率对AZ31镁合金的流变应力有较大影响：AZ31镁合金的拉伸、压缩应力水平均随变形温度的升高和应变速率的减小而降低，25℃下AZ31镁合金的拉、压初始屈服应力差别较大，随着温度的升高这种差别逐渐减小，但两种状态下的硬化关系仍具有较大差别。通过沿轧板面内各方向和垂向的单轴拉伸和单轴压缩试验，得到了AZ31镁合金不同方向的拉、压屈服应力和塑性应变比，数据表明轧制AZ31镁合金具有较强的应力应变各向异性。为综合考虑AZ31镁合金高温变形过程中变形温度和应变速率对流变应力的影响，利用AZ31镁合金的拉伸、压缩力学性能随温度和应变速率变化的试验数据，建立了Arrhenius双曲正弦型流变应力本构方程和含常软化因子的高温流变应力本构方程，进行了板材轧制热固耦合有限元模拟，分析了AZ31镁合金多道次热轧过程中轧板、轧辊和输送辊温度场变化的规律和轧板的翘曲变形，并通过与实际翘曲量的对比验证了热固耦合有限元方法在预测轧板翘曲变形方面的可行性。含常软化因子的高温流变应力本构方程未考虑AZ31镁合金应力应变的各向异性，是导致模拟结果存在误差的原因之一，本文将各向异性本构模型引入镁合金板材轧制。根据AZ31镁合金沿轧板面内各方向和垂向的压缩屈服应力和压缩塑性应变比，建立了三维应力状态下的非关联流动Hill48和非关联流动Hu2005本构模型，通过与试验数据和具有18个各向异性参数的Yld2004-18p本构模型进行比较，证明了上述非关联流动本构模型能够准确地预测AZ31镁合金沿不同方向的压缩屈服应力和压缩塑性应变比。将非关联流动Hill48和非关联流动Hu2005本构模型编写了相应的用户材料子程序VUMAT，然后在Abaqus/Explicit中调用该子程序模拟了恒温下AZ31镁合金的轧制过程，预测了方形棒材的宽展变形，仿真结果与试验数据吻合较好，验证了上述非关联流动本构模型的正确性。根据AZ31镁合金沿轧板面内各方向和垂向的拉伸、压缩屈服应力和塑性应变比，建立了三维应力状态下的CPB06ex2拉-压不对称各向异性本构模型，试验数据表明采用CPB06ex2拉-压不对称各向异性本构模型预测的镁合金方形棒材和板材的头部翘曲量与实际变形吻合较好。在此基础上，分析了上下轧辊辊速比、轧制速度、轧板与轧辊表面间的摩擦条件等因素对AZ31镁合金方形棒材头部翘曲的影响规律。论文的研究成果对改进轧制模拟的仿真精度、提高国产镁合金深加工装备板材成形质量具有重要的指导意义。