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在交通运输中，我国是以铁路为主的国家。钢轨是铁路上的重要部件，长期承受较大的冲击型交变载荷，磨损和疲劳破坏是钢轨的主要的失效形式，它的技术状态直接影响铁路的通过能力和行车安全。目前，铁路高速化、重载化的方向发展需要高质量的钢轨，钢轨内部存在的残余应力的大小和分布将直接影响钢轨的使用性能。矫直作为重轨生产的最后一道工艺，对重轨的平直度、残余应力的大小起决定性的作用，本文主要研究钢轨矫直过程中残余应力的形成机理和规律，探讨在满足平直度要求的同时，解析矫直过程残余应力的控制问题。
本文以弹塑性大变形有限元理论为基础，建立了三维重轨辊式复合矫直有限元模型，利用显式动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA，分析研究了60kg/m的重轨水平辊及复合辊辊式矫直变形规律，
通过建立重轨三维复合矫直力学模型。分析描述了水平矫直变形过程七个三角变形区的轨底纵向残余应力、残余曲率的变化规律以及矫后重轨残余应力的大小和分布。计算结果表明：轨头与轨底表面中心线为纵向残余拉应力，轨底两边缘为残余压应力，轨腰出现拉压相间的残余应力，该力学模型计算结果符合辊式矫直变形规律。通过正交实验和回归分析，确定了影响残余应力和平直度的主要因素，在保证矫后残余应力最小，平直度满足要求的前提下确定最有利于提高重轨质量的最优方案，对现场规程和新规程各个矫直变形区的残余应力、曲率以及矫后残余应力、平直度、断面的应力云图进行比较分析，得出在同一矫直规程下不同弦高对重轨残余应力的影响规律。采用切片法对矫直后重轨的纵向残余应力进行测试，与模拟分析结果进行对比，验证了有限元数值模拟方法的正确性。