干气密封是一种典型的非接触式机械密封,作为旋转机械的关键零部件,广泛应用于能源、石化、航空等领域。干气密封摩擦磨损机理是实现长使役周期内密封性能稳定可靠的关键问题。本文以双高斯分层理论为基础,从表面表征与仿真出发,分析了密封的润滑与接触性能,开展了摩擦磨损机理研究,进而探索了密封性能的演化规律以指导工程实际。研究成果发展了表面表征与仿真、接触和摩擦磨损及密封性能劣化机理的相关理论,具有重要理论意义和工程实用价值。提出表面混合理论用于构建连续型概率材料比曲线,建立了连续分离方法,实现了概率材料比曲线的整体拟合;采用直接截取上高斯分量的模式代替拟合概率材料比曲线的传统模式,建立了截取分离方法。与现有ISO间断分离方法比较,连续分离方法和截取分离方法在表征实际密封磨损表面时具有物理假设合理、效率高、抗扰能力强、分量粗糙度尺度无关等优点。采用移动平均时间序列模型与傅里叶快速变换法建立了基于叠加原理的双高斯分层表面仿真方法,利用迭代算法识别分量相关长度。与现有非高斯表面仿真方法比较,迭代修正的双高斯分层表面仿真方法在重构实际密封磨损表面时具有表面分层、偏态与峰态兼顾、自相关函数灵活等优点,突破了单层表面局限,更接近真实的磨损表面。采用有限差分法和松弛迭代法建立了确定性模型,围绕干气密封与水膜机械密封,研究了表面形貌对于润滑性能和接触性能的影响,发现双高斯分层特征比非高斯特征更接近真实表面磨损情况。修正了现有间断双高斯分层粗糙峰统计学接触模型,并进一步建立了连续分层统计学接触模型,利用确定性接触模型验证了两个分层统计学接触模型,消除了现有统计学接触模型对于高斯分布假设的依赖,为基于统计理论研究磨损表面间粗糙峰接触问题提供了一种新途径。利用Plint标准摩擦磨损实验台开展了密封用碳化硅与碳石墨材料配副在干滑动摩擦条件下的摩擦磨损机理研究。基于双高斯表面参数的演化历程建立了表面参数演化模型,从表面形貌角度解释了摩擦磨损过程中跑合与稳定阶段的成因。通过台架实验研究了螺旋槽干气密封在低速运行工况下密封副表面形貌的演化历程。利用双高斯表面参数演化历程识别出了端面磨合、粘着磨损及深度划痕过程或现象。发现表面形貌演化历程与泄漏率、扭矩和声发射信号等密封性能指标的演化规律存在高度相关性,可用于进一步探究密封性能的劣化机理。