随着现在生产工业的快速发展和先进技术的提高,机械设备工作环境也越来越多样和苛刻,如高温、低温、高压、强腐蚀等。密封装置作为整个设备的关键部位之一,其密封性能好坏决定着工业设备安全可靠运行和长期使用。目前,工业上大多在较特殊和极端工作环境下使用金属密封环,而新型内置弹簧金属C形密封环因为具有密封效果好、良好的回弹性能和适应温度压力波动能力强等特性,在重要的核电等一些工业领域得到应用。但是此类密封环在国内的发展时间则较短、相关的研究较少。因此,有必要对有很大应用前景的该类型密封环的密封性能等做深入的研究和更多的应用领域开发。本论文就是针对该型密封环在航天领域的应用开发进行的仿真分析和试验研究,具体研究内容如下:首先,在查阅大量文献基础上,了解了新型内置弹簧金属C形密封环的基本结构、密封原理,国内外研究现状及进展等。其结构上主要由内层圆柱形螺旋弹簧基体、硬金属合金包覆层和软金属外包层三部分组成,密封机理上类似于一般的金属C形环和金属O形环,主要为线接触密封,加强弹簧起到增加密封环回弹性能的有益作用。同时,展开了该型密封环的压缩-回弹性能研究。针对具体研究应用条件,参照已有的研究方法,采用ANSYS有限元分析软件建立了小直径的弹簧金属C形环三维仿真模型,完成了分析计算,并进一步完成了同等条件的金属O形密封环的性能对比分析。其次,利用有限元软件ANSYS对弹簧金属C形密封环的密封性能和力学性能的主要影响因数做进一步数值分析和研究。具体探讨了密封环压缩率、合金包覆层厚度、软金属外包银层厚度、密封环开口宽度、弹簧丝直径、弹簧匝外径、工作压力以及密封槽间隙等参数对密封环压缩-回弹性能的影响,从而确定一定条件下相关参数的合理取值范围。另外,使用ANSYS优化模块完成弹簧金属C形密封环结构优化设计,从而得到一定使用条件下的最优结构尺寸参数。为提高金属C形密封环系列化分析设计效率,减轻设计人员的工作量,开发完成了内置弹簧金属C形密封环分析计算软件,软件主要由模型参数输入、ANSYS调用计算和形成计算说明书等三部分组成。最后,完成了弹簧金属C形密封环的压缩-回弹性能实验和密封泄漏试验。对比实验结果和有限元模拟分析结果,两者比较吻合,从而验证了仿真模型是合理的、可靠的,实验结果表明金属C形密封环具有良好的回弹性能和密封性能。