密封件是航空航天、石油开采、核电工业等领域内高端装备的重要基础零部件,而金属密封件被应用于解决恶劣工况下的密封难题。金属橡胶材料做为一种纠缠态功能材料已经被广泛地应用于航空航天领域,而将其与金属密封件结合形成了新型的金属橡胶密封件。相较于传统金属密封件,金属橡胶密封件具有更优的弹性和承载能力。然而,目前对金属橡胶密封件的接触性能和泄漏机理仍然缺乏深入的认知,主要存在问题包括金属橡胶材料的作用机制和密封界面内泄漏间隙的形成原理。本文针对静密封金属橡胶密封件展开研究,旨在明确金属橡胶密封件的接触性能和泄漏机理,为金属橡胶密封件的应用奠定理论基础,具有重要的理论和工程实际意义。金属橡胶材料的力学特性是金属橡胶技术应用的重要基础,但是目前缺乏能够用于准确高效数值仿真计算的金属橡胶材料模型。本文利用三维X射线扫描显微镜观测了金属橡胶材料的内部结构特征,通过单轴压缩试验分析了金属橡胶材料力学性能的非线性和各向异性特征及其影响因素;结合瞬态弹性模量和横观各向同性弹性矩阵建立了金属橡胶材料模型;运用机器学习的方法,建立、训练、测试和验证了输出金属橡胶材料瞬态弹性模量的人工神经网络（ANN）模型;结合金属橡胶材料模型和ABAQUS用户自定义材料UMAT模块实现了金属橡胶构件的有限元仿真分析;最后进行了金属橡胶构件静力学和动力学仿真计算,通过对比试验结果,验证了提出的模型和仿真方法的可行性和准确性。密封界面内始终保持足够的接触应力是实现密封的重要条件,明确宏观接触应力是分析泄漏通道形成过程的重要基础。金属橡胶密封件的接触应力来源于其自身的弹塑性变形,且不锈钢外壳和金属橡胶内芯之间存在相互作用。本文结合金属橡胶材料模型和密封件的宏观接触有限元模型,实现了金属橡胶密封件的静力学仿真分析,通过对比单轴压缩试验结果,验证了仿真计算的准确性;通过对比金属C型圈、金属O型圈和金属橡胶密封件在压缩过程中的弹塑性变形特征和接触应力分布规律,揭示了金属橡胶内芯的作用机制;分析了结构参数对宏观接触性能的影响规律,为金属橡胶密封件的设计和制造提供了理论基础,并为分析泄漏通道的形成提供了前提条件。密封界面间两粗糙表面的弹塑性接触变形是形成泄漏通道的直接原因,而数值分析是研究该问题最直观有效的方法。通过建立数学模型将自由粗糙表面的弹塑性接触问题转化为求数值解的数学问题。充分考虑弹塑性变形的耦合和塑性流动对表面形貌的影响,基于共轭梯度法和三维快速傅里叶变换建立了弹塑性接触数值计算方法。通过对比单粗糙高峰弹塑性接触有限元仿真结果,验证了该方法的准确性。设计了粗糙表面弹塑性接触试验,利用白光干涉仪观测试验前后的表面形貌,并与理论计算结果进行对比,验证了该方法对粗糙表面弹塑性接触问题的适用性和准确性。该方法为分析金属橡胶密封件泄漏通道的形成提供了的重要理论基础。金属橡胶密封件泄漏的本质是被密封流体在压力作用下流经泄漏通道的过程;通过将密封界面间泄漏间隙内的流体流动简化为泊肃叶流,提出了适用于金属橡胶密封件的等效泄漏率计算公式,并分析了金属橡胶密封件泄漏率的影响因素;基于自由粗糙表面弹塑性接触数值分析方法,研究了宏观接触应力、材料弹塑性力学性能和表面粗糙度对泄漏通道的影响;最后分别完成了径向和轴向应用的金属橡胶密封件静密封泄漏试验,并将试验结果与理论计算结果进行了对比,验证了理论分析的正确性。