本文在国家高科技研究发展计划（863项目）“大型露天矿采矿技术与装备”(NO.2012AA062002)的资助下，对大型球磨机衬板的磨损机理及性能进行了研究。分析了球磨机的工作原理，提出了非平滑衬板的设计原则，研究了衬板的磨损机理，对梯形衬板结构进行了设计与优化，并利用离散元与有限元耦合的方法对衬板的性能进行了仿真与分析。在查阅国内外相关文献的基础上，综述了离散元法在球磨机中的应用以及球磨机衬板的国内外研究现状，归纳了球磨机的介质运动状态与规律，分析了球磨机主要工作参数以及有用功率、起动力矩等性能参数的计算方法，研究了矿石颗粒的破碎机理，对球磨机的工作原理进行了系统地讨论与分析。论文介绍了衬板的常见结构与材质，分析了衬板的主要失效形式以及影响衬板失效的主要因素，并在此基础上提出了非平滑衬板的设计原则。由于梯形衬板的提升能力强、磨矿性能优良，以冲击力大、无效能耗低为原则，提出了梯形衬板结构的设计方法。基于衬板的磨损机理，针对衬板的粘着磨损、磨料磨损、冲蚀磨损三种类型，分别讨论了其磨损的数学计算模型，并根据衬板的磨损周期及衬板磨损对球磨机生产效率的影响，对梯形衬板的结构进行了优化。研究表明，优化后的衬板不仅能够提高球磨机的生产效率，而且还能提高衬板材料的利用率，延长衬板的使用寿命。利用离散元软件EDEM，建立了球磨机衬板磨削物料的仿真模型，对介质、矿石与衬板之间的相互作用进行了分析与研究。提取了仿真过程中起动力矩与有用功率的变化情况，与理论计算结果吻合，验证了仿真结果的正确性；研究了衬板的冲击力和碰撞时耗散能量的分布，通过分析衬板的磨损云图，总结了球磨机内衬板的磨损规律；在此基础上，对衬板进行了DEM-FEM耦合分析，得到了衬板应力的大小及分布，耦合结果与离散元仿真结果一致，验证了衬板磨损规律的正确性。本文通过对大型球磨机衬板进行离散元与有限元耦合仿真，得到了衬板的应力分布以及磨损规律，不仅为衬板的结构设计与性能研究提供了参考，而且对提高球磨机的生产效率和经济性能具有重要意义。