由于阀门密封具有密封性好、摩擦损耗低、使用周期长等优异性能,在航空航天、核工业及石油化工等行业得到广泛应用。波纹管作为阀门密封的重要组成原件,它的疲劳破坏是阀门密封失效的主要原因,因而保证波纹管的疲劳寿命等性能满足使用要求非常重要。传统的基于物理实验来保证波纹管的疲劳寿命指标,需进行多次物理实验,有研发周期长、经费过高等诸多弊端。本文通过CAE软件ABAQUS、FE-SAFE探究了结构参数波高、波距、壁厚对阀门密封用小口径U形波纹管刚度、稳定性、疲劳寿命的影响,并探索了一种通过设计正交实验结合有限元仿真模拟来设计U形波纹管结构参数的新方法。通过对阀门密封用U形波纹管建立弹塑性有限元模型进行计算分析,发现波纹管的疲劳破坏是由于塑性应变的累积造成的,波纹管的波峰、波谷为疲劳破坏的危险位置。对比弹塑性有限元模型与纯弹性模型以及理论计算公式的结果,发现使用有限元仿真模拟的方法计算分析波纹管的性能结果更可靠,且弹塑性有限元模型比纯弹性模型的计算结果更准确。使用控制变量法分析在不同结构参数下波纹管的性能变化,发现结构参数是通过改变波纹管的刚度,刚度的改变使波纹管在同种载荷下所产生的应力发生变化,从而影响波纹管的疲劳寿命。同时分析计算结果发现,波高与壁厚的变化相比于波距更能影响波纹管的刚度,波高、波距、壁厚对波纹管刚度的影响规律与影响波纹管稳定性的规律一致,与影响疲劳寿命的规律相反。从波纹管的结构参数波高、波距、壁厚入手,设计正交实验方案,使用有限元仿真模拟的方法计算各方案的性能指标。通过对正交实验的结果分析,综合考虑各种因素,得到了性能指标满足设计要求的结构因素组合方案。结果证明,这种新型的对小口径U形波纹管结构参数进行设计优化的方法是切实可行的,能有效提高新产品的设计研发效率。