工程科学学报，第38卷，第1期：128134,2016年1月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,No.1:128-134,January 2016 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2016.01.017:http://journals.ustb.edu.cn 基于H型钢残余应力主动控制的矫直工艺设计 管 奔四，臧勇，秦勤，吴迪平，张超 北京科技大学机械工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:niuben57@163.com 摘要针对H型钢辊式矫直过程残余应力的主动控制，基于工程弹塑性理论建立一种矫直过程应力演变的分析模型：采用 离散解析实现对模型的快速数值求解：继而基于该分析模型建立一套能够实现残余应力主动控制的工艺参数主动设计方法： 运用该方法对典型规格H型钢矫直工艺参数进行工艺设计.建立的分析模型运算结果与有限元结果吻合且计算成本得到有 效控制，模型能够实现有限时间内整个矫直工艺参数域内残余应力演变结果的分析：工艺设计方法能够得到一定目标参数和 约束条件下的残余应力主动控制工艺参数. 关键词H型钢：矫直：残余应力：主动控制：工艺设计 分类号TG333.2 Process design based on active residual stress control of H-beams during a straightening process GUAN Ben,ZANG Yong,QIN Qin,WU Di-ping,ZHANG Chao School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:niuben57@163.com ABSTRACT Aiming at the active residual stress control of H-beams during a roller straightening process,an analysis model of stress evolution during the straightening process is constructed based on the elastic-plastic theory.A numerical solution method to quickly deal with the analysis model is investigated by discrete analysis.Then,an active design method of process parameters that can realize active residual stress control is established according to the analysis model.By using this method,process parameters are designed for typical specification H-beam straightening.Calculated results using the analysis model match those by a finite element method well and the analysis model makes the computational cost saved.The analysis model can achieve the result analysis of residual stress evolution within the feasible region in limited time.The process design method can get the process parameters of active control under specific target parameters and constraint conditions. KEY WORDS H-beams;straightening:residual stress;active control;process design 多辊矫直过程作为H型钢塑性成形的最终精整 程中应力继承和遗传演变规律的复杂性，使得一直未 工序，对产品的品质保障起着重要的作用-.生产实 能有高效、简洁的力学模型对其演变过程进行快速的 践表明，多辊矫直不但能够使H型钢的几何缺陷得到 预测分析，因而矫直过程对残余应力的影响一直是基 矫正，而且能够明显改善其残余应力状态，提高其使用 于既定工艺的被动变化，始终无法实现残余应力的主 过程中的承载能力，经典力学理论也证明了弹塑性弯 动工艺控制.目前广泛采用的工艺方案设计方法多是 曲对截面应力状态的广泛影响B.然而由于矫直过 基于梁的弯曲理论6，该方法单独分析矫直过程中 收稿日期：2015-0204 基金项目：北京市自然科学基金资助项目(3154036)：国家高技术研究发展计划(863)资助项目(2013AA031302):中央高校基本科研业务费 (FRF-TP-15-022A2)工程科学学报，第 38 卷，第 1 期: 128--134，2016 年 1 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，No． 1: 128--134，January 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． 01． 017; http: / /journals． ustb． edu． cn 基于 H 型钢残余应力主动控制的矫直工艺设计 管 奔，臧 勇，秦 勤，吴迪平，张 超 北京科技大学机械工程学院，北京 100083  通信作者，E-mail: niuben57@ 163． com 摘 要 针对 H 型钢辊式矫直过程残余应力的主动控制，基于工程弹塑性理论建立一种矫直过程应力演变的分析模型; 采用 离散解析实现对模型的快速数值求解; 继而基于该分析模型建立一套能够实现残余应力主动控制的工艺参数主动设计方法; 运用该方法对典型规格 H 型钢矫直工艺参数进行工艺设计． 建立的分析模型运算结果与有限元结果吻合且计算成本得到有 效控制，模型能够实现有限时间内整个矫直工艺参数域内残余应力演变结果的分析; 工艺设计方法能够得到一定目标参数和 约束条件下的残余应力主动控制工艺参数． 关键词 H 型钢; 矫直; 残余应力; 主动控制; 工艺设计 分类号 TG333. 2 Process design based on active residual stress control of H-beams during a straightening process GUAN Ben ，ZANG Yong，QIN Qin，WU Di-ping，ZHANG Chao School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: niuben57@ 163． com ABSTＲACT Aiming at the active residual stress control of H-beams during a roller straightening process，an analysis model of stress evolution during the straightening process is constructed based on the elastic-plastic theory． A numerical solution method to quickly deal with the analysis model is investigated by discrete analysis． Then，an active design method of process parameters that can realize active residual stress control is established according to the analysis model． By using this method，process parameters are designed for typical specification H-beam straightening． Calculated results using the analysis model match those by a finite element method well and the analysis model makes the computational cost saved． The analysis model can achieve the result analysis of residual stress evolution within the feasible region in limited time． The process design method can get the process parameters of active control under specific target parameters and constraint conditions． KEY WOＲDS H-beams; straightening; residual stress; active control; process design 收稿日期: 2015--02--04 基金项目: 北京市自然科学基金资助项目( 3154036) ; 国家高技术研究发展计划( 863) 资助项目( 2013AA031302) ; 中央高校基本科研业务费 ( FＲF--TP--15--022A2) 多辊矫直过程作为 H 型钢塑性成形的最终精整 工序，对产品的品质保障起着重要的作用［1--2］． 生产实 践表明，多辊矫直不但能够使 H 型钢的几何缺陷得到 矫正，而且能够明显改善其残余应力状态，提高其使用 过程中的承载能力，经典力学理论也证明了弹塑性弯 曲对截面应力状态的广泛影响［3--5］． 然而由于矫直过 程中应力继承和遗传演变规律的复杂性，使得一直未 能有高效、简洁的力学模型对其演变过程进行快速的 预测分析，因而矫直过程对残余应力的影响一直是基 于既定工艺的被动变化，始终无法实现残余应力的主 动工艺控制． 目前广泛采用的工艺方案设计方法多是 基于梁的弯曲理论［6--9］，该方法单独分析矫直过程中