热轧加工条件对铝合金产品的组织及性能具有重要的影响。在零部件的材料加工生产中,为了达到特定的技术指标要求,其轧制规程的制订通常采用实验和纠错的方法,这种单凭重复实验的“经验”性试错方法不仅消耗大量的时间和财力,而且无法获得工艺过程中变化的全面规律,从而延滞了新材料与新产品的开发与应用。随着计算机科学的迅速发展和对材料成形过程物理规律研究的深入,有限元等数值模拟技术逐渐在材料科学与工程领域得到了广泛应用,正在深刻地改变着传统的产品设计、制造方式。热轧过程包含金属传热、变形和显微组织演变等多种现象,各种现象之间相互作用和影响。本文借助于实验研究结果,在有限变形理论的基础上,采用大型商用有限元软件MSC.Marc开发了一个热力耦合的热轧板带数学模型,可对轧制过程中3104铝合金厚度方向任意节点上的温度和变形情况进行分析和预测,同时研究了各种轧制工艺参数对热轧过程温度和变形的影响。通过用户定义子程序二次开发技术将显微组织演变特性融入上述有限元模型,可用来对轧制道次间的显微组织(静态再结晶)演变进行量化分析。其成果对于优化轧制工艺、预报产品质量和指导实际生产等,具有重要的应用价值和理论意义。本文的主要研究工作如下：1)利用Gleeble-1500热模拟机,对不同温度和变形条件下3104铝合金的高温变形行为进行了实验研究,根据实验结果,采用数理统计的方法确定了3104铝合金流变应力模型及材料常数,为热轧过程温度、变形及显微组织分析提供了理论基础。2)在实验室热轧实验台上进行了大量的实验研究,实测了不同轧制工艺条件下轧制力和温度在轧制过程中的变化情况,获得了大量的实验数据,为数值模拟计算中的一些复杂参数(如接触换热系数)的设定提供了可靠的数据论证。3)使用MSC.Marc商用非线性有限元软件,综合考虑了热轧过程中的温度及变形现象,建立了热力耦合的热轧有限元仿真模型,分析了轧制过程中轧件温度的变化规律及变形场的分布情况,并研究了工艺参数对温度变化及变形场分布的影响。4)采用双道次热压缩实验,对3104铝合金静态再结晶规律进行了实验研究,获得了3104铝合金在热加工条件下显微组织演变的规律,然后嵌入到上述热力耦合有限元模型,能够对轧制过程中的显微组织演变进行数值模拟,从而推算出轧制过程中轧件在厚度方向上的静态再结晶百分数。5)研究了多道次轧制过程中有限元实现方法中很多关键技术。采用网格重划分的技术解决了多道次热轧过程中网格严重畸变,从而影响计算精度和效率的问题；利用Marc的二次开发技术解决了多道次热轧过程有限元几何模型间节点温度、累积塑性应变以及自定义变量的数据传递问题；轧制阶段和非轧制阶段(轧制间隙)采用不同的时间步长来设计模拟工况,且根据轧制过程是否达到稳定,采用自适应步长和固定步长技术组合,合理分配计算过程中时间步长的大小和所需的时间,从而极大限度地缩短模拟时间,提高运算效率。6)为了验证所开发模型的正确和可靠性,采用该系统对工业现场“1+4”铝热连轧生产线进行了模拟,并将模拟结果与实测数据进行了对比。结果表明：本研究开发的模拟系统能够较准确地模拟热轧过程中温度、变形和显微组织的演变,可以用来设计和优化板带轧制工艺过程,提高产品加工质量。