近年来随着我国工业的迅猛发展,核电、化工等行业泄漏、爆炸事故时有发生,对常见的连接形式——法兰连接也有了跟高的要求。为此,本文对核级石墨密封垫片应力补偿机理展开研究,通过试验研究垫片压缩回弹性能以及密封性能,采用有限元数值模拟研究垫片在常温及高温不同工况下的应力补偿机理,基于正交优化采用有限元法对垫片的结构参数进行优化。本文主要研究内容如下:首先,通过试验研究垫片的压缩回弹性能以及密封性能,研究结果表明:随温度升高,曲线右移,压缩量相同的条件下垫片应力随温度升高而减小。施加至预定试验载荷后,施加稳定内压,垫片应力有所减小,随后应力恒定,随时间推移,泄漏率开始慢慢增加,但最终得到的泄漏率在10^-8Pa?m³/s数量级上,说明垫片密封性能较好。。其次,通过分析现行三种典型计算方法,对适用于MMC型法兰连接设计的prCEN/TS1591-3计算方法进行重点解读,进而根据prCEN/TS1591-3计算方法,利用垫片相关参数,计算了核级石墨密封垫片的螺栓预紧力。然后,利用ANSYS建立有限元模型,研究常温及高温不同工况下垫片的应力补偿机理,并确定了保证垫片密封性能的压力及温度波动区间。研究结果表明:预紧时石墨环和金属外环同时承受螺栓预紧力作用,金属外环承受多余载荷并在内压升高过程中将载荷释放以起到应力补偿作用,维持垫片在一定承载范围内基本稳定不变。高温工况下温度和内压只要在适当范围（温度30K,压力1²MPa）内波动,垫片即维持一稳定的应力状态,确认了垫片应力补偿机理的有效性。最后,基于正交优化法,结合有限元数值模拟,对垫片结构进行参数优化设计,通过直观分析法和方差分析法对结果进行分析,分析可知,最优组合为A3B1C1。优化后垫片应力分布更为稳定,受力情况得到明显改善。