本文以热轧盘条拉丝成型过程及其成品PC钢绞线的力学性能为研究对象，采用有限元方法和断裂力学理论模拟金属拉丝成型和失效过程中非线性变形与失效的性能参数，分析拉丝生产中的主要工艺参数对钢丝非线性变形与失效性能的影响，以及钢丝成品的扭转性能与残余应力分布规律。 研究内容主要有： 一、含中心裂纹的钢丝拉拔过程的非线性变形与失效性能模拟，分析在企业给定的模具顶角、入线直径和道次压缩率参数范围内，拉丝内部裂纹尖端断裂参数的变化规律，并由此得到局部优化工艺参数； 二、分析钢丝在连续拉拔过程中残余应力的变化规律及其与工艺参数之间的关系；三、对钢丝成品的大变形扭转性能进行了研究。 主要采用了两种途径来模拟和分析拉丝过程中的非线性变形与断裂性能：其一，通过模拟结果的应力云图，直观地显示复杂应力状态下盘条应力集中点的特点和在裂纹尖端表现出来的应力奇异性，显示了裂纹可能扩张的趋势，与产品抽检获得的断口形成机理对比以验证模拟结果的正确性。其二，在准确模拟的基础上定量分析钢丝生产过程中和产品形成后的力学性能参数，在给定的工艺参数条件下寻求断裂性能参数J 积分的条件极小解，以及关键工艺参数对钢丝拉拔后残余应力变化规律的影响等。 通过对含中心裂纹的钢丝拉拔过程的非线性变形与失效性能的模拟，首先分析了在给定的模具顶角、入线直径和道次压缩率参数范围内拉丝内部裂纹尖端断裂参数的变化规律，研究结果表明：在给定的入线直径参数范围内，入线直径的条件最佳值也即断裂性能参数 J 积分的局部极小值随模具顶角的增加而增加；在给定的模具顶角参数范围内，模具顶角的条件最佳值随道次压缩率的增加而增加；另外在相同的摩擦系数、模具顶角和道次压缩率下，裂纹长度越长，结果就越不安全，这和实际情况是相符合的。 对钢丝在连续拉拔过程中残余应力分布规律的研究，包括两方面的内容：一、是钢丝在单道次拉拔下，工艺参数对残余应力分布规律的影响。这些工艺参数主要包括：定径带长度、模具顶角、道次压缩率和摩擦系数。通过有限元模拟和分析得出如下结论：钢丝最合理的定径带长度应符合如下的条件：定径带长度和入线直径之间的比值为0.8；当压缩率为0.231，钢丝屈服强度为1218MPa时，模具顶角在8到12度之间的变化对轴向残余拉应力最大值的影响显著，并且最佳模具顶角在8度左右；当摩擦系数分别为0.1、0.2、0.3时，残余应力的变化达到30％以上，可见，摩擦系数是拉丝生产过程中影响钢丝产品残余应力的不可忽视的重要因素。二、钢丝在经过八道次拉拔过程中，其中的残余应力在位于各个道次下的分布规律变化。研究结果表明：随着钢丝拉拔过程中硬化程度的变化，残余应力的分布不均匀现象也发生变化，残余应力最大值的位置也发生变化。 钢丝生产完成之后，需要对产品的力学性能进行测试，其中必须对钢丝的塑性性能进行测试。目前，企业中最为常用的塑性测试方法是以钢丝的扭转圈数为评定的方法。但是对于材料扭转破坏的过程却不是很清楚，需要借助有限元模拟的方法进行研究。因此，本文对钢丝的大变形扭转性能进行了研究，结果表明，钢丝在塑性扭转阶段是偏心扭转，最容易破坏的位置位于离施加角位移端大约0.1～0.25米之间，这个部位上横截面的最外边缘是最容易破坏的位置，对材料的扭转性能影响极大。 本文的研究结果对于进一步优化拉丝工艺参数和改进热轧高碳盘条质量提供了有价值的理论指导，可望为改进拉丝生产工艺、实现PC钢绞线用热轧高碳盘条的规模化生产打下良好基础。