基于科学研究以及深海装备测试的需要,项目提出了研制一套能够模拟深海高压环境的试验平台,其中的关键设备为卧式压力筒,是一台高压容器。本文依托其快开门密封结构的研究,建立了基于重分网格法的橡胶密封结构非线性有限元分析方法,初步揭示了单软唇型密封结构的密封特征及自紧式密封机理,分析了多种因素对其综合性能的影响规律。开展的主要工作如下:(1)开展了耐油丁腈橡胶在不同温度下的恒温拉伸试验,建立了单软唇型密封圈橡胶材料的本构模型。对比分析了各种橡胶本构模型的优缺点,选取了适宜的本构模型;研究了耐油丁腈橡胶力学性能随温度变化的关系。(2)针对单软唇型密封结构的自紧式密封特点,建立了基于重分网格法的橡胶密封结构非线性有限元分析方法。确定了高压快开门单软唇型密封结构的主要参数,简化了结构的几何模型,选定了合理的接触分析算法,完成了网格无关性的验证;借助Rezone技术,解决了密封圈大变形引起的网格畸变及收敛性差的问题,编写了包含网格重划分循环计算在内的有限元分析程序;给出了适用于单软唇型密封结构的密封失效判据。(3)开展了单软唇型密封结构在不同介质压力下的数值仿真分析,初步揭示了该密封结构的密封特征及自紧式密封机理。获得了工作状态下单软唇型密封圈的变形情况和密封面上接触压力的分布情况;建立了密封面上最大接触压力与介质压力之间的函数关系式,研究了介质压力变化对密封面上接触压力的影响规律。结果表明,在卧式压力筒的设计压力范围内,密封面上接触压力的最大值始终大于介质压力,且两者之间存在正相关的线性关系。(4)研究了径向压缩量、轴向压缩量、密封圈截面积对单软唇型密封结构综合性能的影响规律,优化分析了高压快开门密封结构的关键参数。综合考虑结构的密封性能、密封圈的安装阻力和筒盖的启闭阻力,确定了密封圈与密封槽合理的装配关系;基于相同的径向压缩量和轴向压缩量,密封圈截面积的增大既可以保持原有的密封性能,又可以有效地减小密封圈的安装阻力及筒盖的启闭阻力,同时还能减缓密封圈的挤出,降低其剪切应力,有助于提高单软唇型密封圈的重复使用次数。