自紧式金属U形密封环以其密封压力高、结构简单、减振效果好的优点,广泛应用于航天等领域,但已有研究较少。针对密封效果好、抗振能力强的自紧式金属U形密封环的结构完整性、泄漏特性和振动性能展开了系统的研究。针对结构改进的自紧式金属U形密封环,建立了力学性能数值分析模型。分析了预紧和操作工况下密封环的内部应力和接触压力分布和特点。与其他典型自紧金属密封环对比。并分析了操作参数和结构参数对力学性能的影响,得到了不同参数条件下具有较优力学性能的U形密封环结构。建立适用于自紧式金属U形密封环的泄漏分析模型,得到影响密封泄漏率的因素。从泄漏性能的角度分析了结构和操作参数的影响,得到各个参数对泄漏率的影响。基于泄漏分析模型建立了密封环的设计方法,并与PVRC法进行了对比,算例验证了设计方法的准确有效。建立自紧式金属U形密封环的模态和动力响应分析模型,分析密封环的振动特性及操作参数和密封环结构参数对其振动性能的影响。在承受相同载荷情况下,密封环变形幅值远大于法兰变形幅值,响应也快于法兰,保证振动工况下密封可靠;增加内部支撑可以有效地提高结构的抗振效果。建立自紧式金属U形密封环和其他几种典型自紧金属密封环的试验测试装置。试验验证了不同自紧金属密封环的力学性能、泄漏性能和振动特性。同样条件下自紧式金属U形密封环的泄漏率较低,具有较好的可压缩量、预紧力、自紧效果、较小的刚度及较大的压缩回弹量。验证了压力对泄漏率的影响及金属U形密封环受变载荷后变形振幅稳定更快,具有较好的耐振性能。通过论文研究所得到的改进的U形金属密封的力学性能、泄漏特性和耐振性能的研究结果,可以指导高压、低温、振动等特殊工况下静密封结构的设计、操作,也可为其他新型自紧式的金属静密封的推广和使用提供一定的研究基础。