本文从改善轧辊轧制过程中的冷却系统工艺参数入手，基于ANSYS软件对轧辊进行温度场分析、应力场分析和疲劳寿命分析，以热轧辊为研究对象，优化冷却系统中喷嘴的冷却水压力、冷却水温度和冷却水水流密度这三个参数，旨在提高热轧辊的疲劳寿命。　　本论文研究的主要方向和内容为:　　(1)建立优化对象热轧轧制系统的热固耦合模型和优化对象热轧辊的疲劳寿命预测模型;　　(2)选取影响热轧辊疲劳寿命最关键的冷却系统工艺参数作为优化变量，通过探究各个冷却系统工艺参数对热轧辊疲劳寿命的影响，确定其设计空间及优化目标，提取试验样本点，并通过疲劳寿命预测模型计算得到轧辊工作周期响应值;　　(3)根据计算得到的响应值，通过Design-Expert软件建立反映冷却系统工艺参数与轧辊工作周期的二阶响应面模型;　　(4)利用建立的响应面模型，确定轧辊工作周期最长时所对应的轧辊冷却工艺参数值，并将优化工艺参数值代入疲劳寿命预测模型进行热轧辊疲劳寿命仿真，与优化前的轧辊疲劳寿命进行对比，验证了基于响应面模型的轧辊冷却系统工艺参数优化设计方法的可行性与优越性。　　本方法将热轧轧制工艺过程的非线性有限元分析计算与响应面优化方法相结合，提高了冷却工艺参数的优化效率与精度，通过冷却系统工艺参数的优化设计，增大了热轧辊的工作周期，有效延长了热轧辊的工作寿命，解决了运用目前现有优化技术中计算工作量大、计算误差大等问题。因此，本论文的研究具有很大的实际价值。