物料的粉碎是很多工业生产中的重要环节,球磨机是物料粉磨阶段的关键设备,广泛用于矿山、化工、水泥、冶金、建材及火电等行业,耗能巨大且效率低下。由于球磨机研磨介质和物料之间的作用机制相当复杂,使得传统方法对球磨过程的研究存在诸多困难。随着近年来计算机技术的发展,离散单元法成为研究球磨机磨矿机理的重要工具。本文建立了基于超二次曲面非球形颗粒的四方程离散单元模型,分析了球磨机的磨矿机理,确立了颗粒破碎准则,形成了对球磨机进行参数优化的设计方法。研究内容主要包括：(1)运用基于超二次曲面非球形颗粒的离散单元模型对不同形状的颗粒进行填充和滚筒内运动的数值模拟,并进行了相应的实验,数值模拟结果与实验结果基本一致,证实了离散单元模型的准确性。(2)分析球磨机磨矿过程,从能量的角度研究了颗粒的破碎机理,建立了颗粒破碎准则,形成了可区分碰撞过程中对物料破碎有无贡献的有用功和无用功的方法,用来计算得到球磨机的工作效率和有用功率。(3)对球磨机进行了4因素(研磨介质填充率、研磨介质尺寸、球磨机转速、物料含量)3水平的数值模拟正交试验,运用极差法分析各组参数下的球磨机效率和有用功率,得到影响球磨机效率和出料量(有用功率)的主次因素和最优参数,形成了基于离散元法的球磨机最优化设计方法。(4)针对球磨机沟流现象研究了圆柱形水平滚筒内二元颗粒轴向分层现象,发现了轴向分层的新模式,揭示了轴向分层的基本规律。本文建立的离散单元模型能较准确地模拟研磨介质和物料的相互作用,是一种精确分析球磨机磨矿过程的有效研究手段,可为球磨机等破碎和粉磨设备的最优化设计提供技术支撑。