轧辊作为轧钢生产的主要工具，使轧件在轧辊的挤压下产生塑性变形，是轧钢生产中主要的受力部件。轧辊在热轧生产中承受着周期性温度和轧制力的交变载荷，使得轧辊发生孔型变化，同时在长期工作情况下，轧辊内部产生循环交变的应力，轧辊受到损伤累计导致材料产生裂纹，当应力集中裂纹扩展并断裂使轧辊疲劳失效。某钢厂的万能轧机轧制H型钢的轧辊出现了严重的裂纹和热变形等现象，严重影响了型钢的质量，同时对实际生产带来安全隐患。为判断热应力对轧辊使用寿命和变形的影响，本文基于弹性力学和热力耦合分析方法，利用数值模拟进行了研究，具体通过下面几方面展开研究：首先，通过使用ANSYS有限元软件，建立万能轧机轧辊三维实体模型，然后进行材料参数的设置，将实体模型用八节点六面体单元进行离散网格划分，并建立轧辊的有限元模型。其次，对轧辊的温度场进行有限元分析。用APDL语言编制给轧辊添加循环边界条件的程序，假设轧辊不旋转，而让边界条件绕轧辊变换以模拟轧辊本身的旋转，得到稳定轧制状态下的温度场分布情况。将所得结果与轧制力进行耦合分析，求得稳定轧制状态下的应力场分布及辊型变化情况。最后，基于轧辊的热和力的耦合分析得到载荷时间历程，运用ANSYS/Fe-safe软件进行相关参数的设置，并绘制材料疲劳特性曲线，通过ANSYS后处理器查看疲劳寿命云图，从而确定结构危险断面。基于温度和力耦合分析、疲劳寿命的结果，提出改进轧辊结构的方案，并对改进后的结构进行热和力耦合分析及疲劳寿命的预测，结果显示轧辊的应力由原来的366MP降为290Mpa，轧辊的最大变形量减小了5mm，并且明显的提高了疲劳寿命，验证了改进方案的可行性。本文在传热学基础上通过热力耦合分析，得到温度场和应力场以及轧辊变形的分布情况，基于累计疲劳损伤理论运用ANSYS/FE-SAFE进行了轧辊的疲劳寿命的预测分析，对提高产品质量和防止事故的发生有重要的理论指导作用。同时通过改进轧辊的结构，能够有效地提高产品质量和降低轧辊消耗。