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在轧制过程中，剪边工艺质量不良造成的边部缺陷以及内部原始缺陷容易造成带钢发生开裂现象和质量下降，严重时还会发生断带事故，制约了连续生产效率和成材率，造成巨大的经济损失。在轧制过程中，轧制变形区内带钢的应力-应变状态极其复杂，存在巨大的塑性变形，并且伴随着不断交替的加载与卸载过程，经典的弹塑性断裂力学理论例如J积分和裂纹张开位移(COD)不适用于分析带钢内部缺陷扩展行为。此外，在轧制变形区内的应力-应变状态与缺陷和工艺参数互相影响，到目前为止，还没有统一的理论计算模型能够有效地研究轧制断裂过程。近些年来，基于损伤理论模型仿真研究轧制断裂过程取得了较好的结果，但由于常规的损伤模型（如GTN模型）参数过多，制约了其在实际工业生产中的应用。因此，寻找一种简便有效的损伤数值模型来研究轧制断裂过程，已成为轧制工程界的重中之重。 本文针对带钢轧制断裂这一实际工程问题，基于内聚力模型(CZM)结合扩展有限元(XFEM)数值仿真方法对轧制断裂过程开展了研究。通过数值仿真和轧制试验相结合的方法，验证了内聚力模型在仿真研究轧制断裂过程的适用性。考虑冷连轧过程中的带钢加工硬化效应，通过力学试验和数值仿真，系统研究了带钢材料属性的改变对带钢轧制变形区内和缺陷尖端应力-应变状态的影响。通过分析冷连轧过程带钢材料属性的变化规律，在此基础上建立了带钢变材料属性框架，用于仿真研究冷连轧断裂过程，从而预测不同冷连轧过程压下量组合条件下的带钢裂纹扩展量，确定了能最小化带钢缺陷扩展的相对优化的压下量组合。论文主要研究内容及结论: (1)本文中采用内聚力模型中双线性的牵引力-位移关系。应用单轴拉伸试验和仿真相结合的方法求得临界内聚力以及小试样三点弯试验求得临界内聚能，并验证了双参数值求得的准确性。通过对带钢边部预置缺陷进行单道冷轧试验并与有限元仿真结果进行对比，验证了内聚力模型在仿真研究轧制断裂过程的适用性和准确性。通过改变轧制影响因素，分析得出了缺陷尺寸和压下量为两个最重要的影响轧制断裂过程的轧制参量。与GTN模型相比，仅有两个参数的内聚力模型在保证有效地预测带钢缺陷扩展的基础上进一步提高了实践应用价值。 (2)在5道冷连轧试验中，分别取各轧制道次后带钢试样并对其进行多种力学测试分析，得到对应的带钢力学属性以及其在冷连轧过程中的变化规律，具体表现为随着冷连轧过程进行，带钢的弹性模量、真实屈服强度、真实抗拉强度和硬度逐渐增加，而塑性逐渐降低。分别使用恒定初始带钢力学属性（恒定材料属性）和各轧制道次后带钢力学属性（变材料属性）进行有限元仿真分析，结果表明:随着冷连轧过程进行，基于恒定材料属性和变材料属性得到的仿真结果之间的差异越来越明显;轧制过程对带钢造成的加工硬化效应逐渐显现，因此在冷连轧过程中，不能忽略加工硬化效应的影响，使用变材料属性数值仿真是进行冷连轧断裂过程研究的关键。 (3)设置多组不同压下量组合进行5道冷连轧试验，研究带钢各轧制道次后不同厚度条件下的力学性能和内聚力模型双参数变化规律，通过曲线拟合确定带钢不同厚度与其材料属性之间的函数关系，建立冷连轧过程带钢变材料属性框架，从而得到完整的基于内聚力模型的轧制断裂过程仿真研究体系。 (4)分别使用基于内聚力模型的恒定材料属性和变材料属性方法对预置边部缺陷的带钢进行冷连轧断裂过程仿真，并与试验进行对比验证，结果表明:使用变材料属性仿真预测带钢边部缺陷扩展行为更为准确;基于内聚力模型的变材料属性数值仿真是研究轧制断裂过程非常有效的方法。在此基础上，对冷连轧过程带钢塑性变差规律进行理论分析，并结合不同压下量组合分配原则条件下的冷连轧断裂过程仿真结果，确定了一组相对优化的压下量组合，能够最小化带钢缺陷扩展和预防断带的发生，为工业化压下量组合分配提供了理论指导依据。