随着各行业中的设备向着大型化、操作工况严苛化发展,设备的连接与密封面临着愈加巨大的挑战。垫片作为气体密封中的常用密封件,其泄漏机理与泄漏预测的研究显得愈加重要。尽管垫片密封有着十分简单的工作原理,但是对其气密性的控制却并不容易,想要准确有效的预测其在特定工况下的泄漏率是十分难以实现的。现有的垫片研究更多集中在金属垫片,对于非金属垫片的泄漏研究往往没有区分界面泄漏与渗透泄漏的区别,且模型中的参数往往依赖于实验条件下得到的经验性参数,这不利于从机理上分析垫片的泄漏情况。因此非金属垫片的泄漏机理研究与预测模型的建立有着十分重要的意义。本文则主要针对非金属垫片的泄漏情况进行了机理研究与泄漏预测模型的建立。为了对非金属垫片的微观形貌进行有效的描述,本文选择对垫片材料切片进行电镜扫描(SEM),在对SEM图像进行二值化过程中,通过对多种自动阈值分割方法进行比较讨论,本文认为现有阈值分割方法中,最大类间差方法(Otsu法)对非金属垫片这种具有微纳米孔隙结构的材料有更好的适用性。结合分形多孔介质输运理论,本文对SEM图像的二值化图像采用盒计数法测定其重要分形几何参数:孔隙率、分形维数与迂曲度;并通过无标度区间与图像分割方法,对多孔材料的孔隙直径进行了测定。在渗透泄漏的研究中,由于非金属材料具有微纳米孔隙结构,其渗透泄漏的流道直径尺寸非常小,其流动滑移效应的讨论不可避免。同时考虑到垫片具有载荷消除后能保持原始形状的工作特性,本文假设非金属垫片材料在受压过程中为弹性形变,也即Hook定律适用,建立了考虑滑移效应的非金属垫片应力敏感模型。通过与已有柔性石墨垫片的实验结果进行对比,模型的有效性得以验证。由于考虑了孔隙尺寸分布,该模型的参数具有明确的物理意义,对于有效讨论非金属垫片的渗透泄漏机理是非常有价值的。此外,该模型还可用于其他具有复杂结构的致密多孔介质在应力变形下的渗流研究。在界面泄漏的研究中,本文首先借助W-M函数对粗糙表面进行了分形模拟,并讨论了粗糙表面的分形维数与尺度系数对其形貌的影响。在界面泄漏的微孔通道建立中,本文将两个粗糙表面间的接触等效为刚性理想光滑平面与等效粗糙表面间的接触,并通过ABAQUS进行了载荷下的应力位移模拟,借助分形多孔介质输运理论建立了有效的载荷条件下界面泄漏预测模型。