纤维增强橡胶防火密封件凭借其优异的密封性能，在航空航天、船舶及新能源等领域具有广泛应用。根据使用功能差异，密封件可以划分为气密型、油密型与防火型三大类别。就当前的研究与应用现状来看，气密与油密密封件的研究已趋于成熟，我国已成功实现相关产品的国产化替代，其性能指标可对标国际同类产品。然而，防火密封件的研发仍面临显著瓶颈：国产产品存在适航认证通过率不稳定、可靠性不足等问题，尚未突破进口产品的技术垄断，有必要深入研究防火密封件的正向设计方法。然而，该问题的解决面临以下核心挑战：防火密封件具有非均质性、各向异性及复杂铺层结构等特征，其性能表征是评估其防火性能的难点，因此开展防火密封件实验与仿真方法的研究具有重要科学意义及工程应用价值。

针对当前防火密封件实验方法缺乏定量分析，密封结构仿真分析手段尚未建立，导致正向研究难以深入的问题，本文对纤维增强橡胶防火密封件力热协同机制进行实验与仿真研究。首先，通过代表性体积元方法和结构件力学实验，建立了纤维增强橡胶密封件宏-细观力学性能表征模型，通过有限元仿真研究了纤维增强橡胶密封件接触应力分布与演化规律，并进一步研究了舱门压头形式对密封件接触特性的影响，评估了常温下纤维增强橡胶密封件的密封特性。其次，研制了力-热加载实验装置并开展高温实验，对密封件的防火性能、燃烧前后力学行为以及微观结构变化进行研究，结合热重实验确定了影响密封件防火性能的重要因素。最后，结合力热耦合仿真方法，阐明了高温下密封结构力学性能退化规律。本文的主要的研究内容有：

（1）纤维增强橡胶密封件力学行为表征。通过代表性体积元方法建立了纤维增强橡胶密封件细观力学性能表征模型，得到纤维增强橡胶密封件不同材料的本构参数，利用实验验证了有限元模型的可靠性。在数值仿真的基础上研究了常温工况下密封件接触应力的演化规律，密封件界面接触应力具有单峰增加，单峰转变为双峰，双峰增加的演化规律。进一步研究了不同舱门压头弯曲程度与宽度对于密封件压缩回弹力和接触应力的影响，研究发现压头弯曲程度和宽度对压缩回弹力影响不大，但弯曲程度较大与宽度较小的压头能够提高密封件界面的接触应力。

（2）纤维增强橡胶密封件防火性能实验表征。研制了力-热加载实验装置并开展高温实验，该实验设备可以根据纤维增强橡胶服役工况中的高温、压缩条件，实现对密封结构防火能力的定量化评价。首先研究了不同压头压缩量对密封件防火性能的影响，随后对防火密封件高温实验前后力学行为以及微观结构变化予以表征，最后通过有限元模型研究了不同孔隙率微结构对于隔热性能的影响规律。研究结果表明密封件燃烧后具有形成多孔碳和陶瓷隔热层，多孔结构能够增强隔热性能，但密封件的结构刚度会发生下降。

（3）纤维增强橡胶密封件力-热耦合仿真方法研究。通过有限元力-热耦合仿真方法，量化分析密封件在高温下的宏观力学行为与接触应力，得到高温下密封结构力学性能退化规律。研究发现，高温下纤维增强橡胶密封件的接触应力相比常温有所下降，高温下密封件的密封朝背火侧发生移动，密封性能发生下降的原因是高温下密封件力学性能发生退化。

本研究提出的纤维增强橡胶防火密封件力学行为表征方法能够更加精确的表征防火密封件在高温下的力学特性，研制的力-热加载实验装置可以实现对密封结构防火能力的定量化评价，结合力热耦合仿真方法得到了高温环境下密封结构力学性能退化规律，研究结果对解决工业部门的实际需求有重要帮助。