随着科学技术的发展,人们对钢铁产品质量提出了越来越高的要求,计算机数值模拟技术在轧制过程中的广泛应用,为分析轧制过程、改善钢材质量提供了新的手段。数值模拟不仅可以实现轧件尺寸形状的预测,而且可以对其组织演变进行模拟。利用计算机使得轧制过程的求解变得更加方便、快捷和精确,同时,传统的实验方法已不足以满足人类对材料制备的新需求,如果在计算机上再现材料成形过程,进行辅助实验,能够节约实验成本,加快新产品开发的周期,在指导产品开发和工艺优化设计中发挥作用。为此,本文以板带钢热轧过程为研究背景,采用有限元与元胞自动机相结合的方法,对板带钢热轧过程宏观行为与介观组织演变进行了综合模拟研究,以加深对板带钢轧制过程组织演变深层规律的认识。论文的主要研究工作如下：(1)提出将有限元与元胞自动机相结合对热轧过程组织演变进行宏观与介观综合模拟的思路和方法,给出本文所采用的模拟热轧板带钢宏观行为(温度场、应变场等)的有限元方法和基本理论,以及用于模拟热轧板带钢介观组织(再结晶、相变等)的元胞自动机原理和方法。(2)对板带钢热轧过程宏观变形行为进行研究,建立板带钢热轧过程温度场及应变场的有限元模型,模拟轧件温度随时间的变化规律以及轧件内部的温度分布,模拟轧制变形区应变的分布情况,为进一步分析热轧板带钢的介观组织演变提供了基础。(3)对板带钢热轧过程介观组织演变进行研究,建立板带钢热变形奥氏体动态再结晶和静态再结晶的二维元胞自动机模型,开发模拟板带钢轧制过程动态、静态再结晶的元胞自动机软件。模拟中考虑板带钢在变形中所发生的奥氏体动态再结晶、动态回复及在变形后发生的静态再结晶、静态回复、亚动态再结晶和晶粒长大等一系列过程。模拟奥氏体再结晶组织动态演变过程,实现再结晶晶粒尺寸、体积分数、静态软化率曲线、、’位错密度、流变应力及晶粒形态等参数的定量化、精确化和可视化描述。(4)利用元胞自动机模拟结果,分析变形温度、变形速率等工艺参数对热变形奥氏体再结晶组织的影响。通过热模拟实验研究,实测动态再结晶过程中的流变应力,并观察其显微组织，将实测结果与模拟结果相比较来验证模型的精度。(5)根据奥氏体相变原理,开发板带钢热变形后连续冷却相变的二维元胞自动机模拟软件。模拟连续冷却中奥氏体向铁素体、珠光体和贝氏体转变的相变过程。计算不同冷却速率下相变类型、相变开始温度、相变动力学曲线、晶粒尺寸及碳浓度的分布等,分析温度和冷却速率对奥氏体相变组织的影响。(6)把有限元与元胞自动机结合起来进行宏观变形与介观组织变化的综合模拟研究,利用轧件变形区内及轧制道次间隔温度场和应变场的有限元模拟结果作为元胞自动机计算的初始条件和边界条件,在沿金属变形流线选定特征微元,对动态再结晶和静态再结晶的组织演变过程进行元胞自动机模拟,分析宏观变形行为对微元晶粒尺寸、再结晶分数和流变应力等介观组织演变的影响。模拟中厚板轧后冷却过程的组织变化,分析不同温度范围和冷却速率等宏观行为对微元所发生相变类型、相变开始温度和相变介观组织的影响。(7)通过有限元与元胞自动机的综合模拟结果,得到能够再现板带钢轧制变形区内及轧后再结晶过程展示图和轧后连续冷却中相变过程组织演变的展示图,从而实现对再结晶、相变等介观组织演变过程的直观化和形象化的描述。上述研究工作建立起了塑性加工过程宏观变形分析与介观组织模拟之间的联系,对轧制过程的多尺度耦合模拟进行了探索,为加深对塑性成形过程物理本质的认识提供了一种新方法。