填充系统定义为低维空间中不重叠凸体的集合。自然界中广泛存在着跨尺度的填充系统,例如描述液体结构的三维硬球系统、纳米颗粒的自组装结构、细胞组织结构、以及宏观颗粒介质等。研究者们关注从离散颗粒尺度到整体填充系统的集合效应。其中,描述静态填充结构的核心指标为填充率,其定义为颗粒总体积占填充空间体积之比;以及配位数,其定义为每个颗粒与周围颗粒的平均接触数。无序阻塞填充(或随机密填充)主要适用于宏观非平衡态的无摩擦颗粒介质,对应于随机生成的保持力学稳定的最低填充率。三维无摩擦球体的无序阻塞填充率φJ≈0.64被大量实验和数值模拟验证。近年来,非球体颗粒的无序阻塞填充受到关注,然而缺乏系统性的综合讨论。并且,有关耦合的颗粒粒径与形状多分散填充的研究几乎空白。本文以数值模拟的方法研究了非球体颗粒的单分散和多分散无序阻塞填充。本文考虑了具有广泛代表性的颗粒模型,包括球柱、椭球、超椭球、以及球多面体。对于单分散无序阻塞填充,本文系统研究了φJ和配位数z与颗粒形状间的关系。随着颗粒非球度A增加(形状偏离球体)φJ从～0.64呈先增加后减小的趋势。相当一部分颗粒的无序阻塞填充是欠静定的,即配位数z<ziso,对应的动态矩阵的性质说明这些填充是力学稳定的。本文发现单分散无序阻塞填充的性质是理解多分散系统的关键。颗粒形状多分散填充的线性叠加态可以被视作不同组分相应的单分散无序阻塞填充的简单混合。本文利用几何修正系数α标定这一特殊状态的颗粒粒径比,并给出了其预先估计方法。αc自然地给出了非球形颗粒等效填充直径De的定义。本文利用多分散的De的两个分布参数预估了整体φJ基于线性叠加态的增量。这个发现拓展了球体间的粒径差异总是利于其填充的规律。本文利用点集Voronoi剖分方法研究了不同多分散填充的局部结构,发现De决定的颗粒相对表面积A决定了其归一化的(局部)自由体积vf。很大程度上,vf与A的关系是普适的,本文提出了 vf(A)的半经验预测方法。这些有关局部结构的结论帮助我们由下至上地复原整体填充,尤其是φJ。φ_j和α_c均为仅依赖于颗粒形状的本质属性,可以被预先标定。基于这点,本文的结果说明一般多分散无序阻塞填充的局部结构和整体填充率是可预测的。这对胶体材料和宏观颗粒介质的优化设计有指导意义。