近年来,高精度薄壁金属管材在工业、军事、航空航天、能源等领域中的需求急剧上升,为使管材具备较高的直线度和圆度,必须在出厂或使用前对其进行精整矫直。目前,薄壁管材连续矫直基础理论尚不完善,缺乏具有针对性的关键工艺参数确定方法,而基于经典普通管材矫直理论确定的工艺参数经实践证明并不适合薄壁管材的连续矫直生产,表现为矫直精度低、截面畸变,甚至无法有效矫直,导致实际生产只能通过人工经验或反复试矫完成,生产效率较低、产品质量稳定性较差。为此,本文在深入研究薄壁管材连续矫直过程力学行为的基础上,构建了一系列用以确定关键工艺参数的数学模型,并通过有限元仿真、实验室试验和现场应用验证了模型的适用性。论文的主要研究内容及成果可归纳为以下几个方面：(1)基于旋转薄壳弹塑性理论及其相关假设对单一初始曲率半径的薄壁管材矫直过程力学行为进行描述,建立了矫直变形区的应力应变关系模型,进而对变形区应变中性层的偏移和截面弯曲力矩进行解析,运用经典卸载规律建立全新的薄壁管材矫直曲率半径数学模型。通过有限元仿真分析和现场试验,证明理论模型在处理薄壁管材矫直问题时是正确和有效的,并与经典方法计算结果进行对比说明了模型的适用性,为后续的研究工作奠定了基础。(2)针对薄壁管材在矫直时极易出现表面皱曲、截面畸变或外壁凹陷减薄等塑性压缩失稳和拉伸失稳现象。基于旋转壳体大挠度几何方程和J2形变理论,应用里茨法建立具有初始曲率的薄壁管材纯弯曲塑性压缩失稳的临界曲率半径模型；同时采用Swift分散失稳准则建立了塑性拉伸失稳的极限弯曲半径模型。运用简化模型进行了大量有限元仿真试验和实验室试验,试验结果表明,理论模型是近似正确的,通过对试验结果的对比和模型的分析得到了临界曲率半径和极限弯曲半径的影响因素和变化趋势,讨论了不同条件下薄壁管材塑性失稳的模态形式,给出了失稳半径的选择方法,得到了单一初始曲率薄壁管材可矫直条件。(3)对于初始弯曲程度随机的薄壁管材,提出了二辊等曲率与多斜辊等曲率矫直方案的确定方法,对辊系布置形式的选择,辊数的确定、各辊弯曲半径的最优设置给出了定量方法,并完成相关程序的开发,通过算例证明了上述方法的有效性,进而建立了一般薄壁管材可矫性判据。(4)针对薄壁管材多斜辊等曲率矫直方案尚无针对性的压弯量理论模型,从薄壁管材的结构特点和矫直辊系形式出发,将复杂的连续多次辊间矫直变形过程简化为多个悬臂梁在平面应力状态下的弯曲过程,基于力学等效原则构建等曲率矫直力模型,并运用动态仿真确定了模型参数。而后在确定平面应力状态下辊间管材弹性区、弹塑性区横截面弯矩模型的基础上,运用虚功原理建立了矫直辊压弯量力学模型,并给出了数值计算方法,完成了程序开发。有限元动态仿真试验和现场试验的结果显示,管材合格率由50%提升到90%,证明了模型的正确性和适用性,通过对典型管材数据的计算绘制了一系列工艺参数曲线,得到管材轴线弯曲半径、压弯量随管材直径、壁厚和屈服极限的变化关系,为现场压弯量的调整提供理论依据。(5)薄壁管材矫直过程中的截面扁化现象不仅在理论上是难解的力学问题,同时在实际生产中影响管材的圆度和产品质量,必须对管材截面进行压扁矫圆。为此对薄壁管材弯曲扁化变形过程的力学行为进行描述,基于薄壳弹塑性理论及最小势能原理,构建了薄壁管材最大扁化量与残留扁化量力学模型方程。而后提出了薄壁管材连续旋转矫直过程中压扁矫圆的变形过程和成形机理,建立薄壁管材压扁矫圆的压扁量数学模型方程,经现场试验和动态仿真试验证明了上述模型是近似正确的,可最终实现截面的圆整。通过模型的计算得到最大扁化量、残留扁化量与压扁量随成形参数、管材材料参数和几何参数的变化关系,为现场压扁量的设定提供理论依据。本文以理论研究、数学建模为核心,获得的一系列合理的、适用的描述薄壁管材矫直过程力学行为和核心工艺参数的理论模型,具有普遍意义,丰富了薄壁管材连续矫直基础理论,为进一步研究薄壁管材矫直机理和变形过程奠定基础,为生产实际提供理论依据。