伴随着我国基础设施建设的日益发展以及天然砂资源的枯竭,市场对机制砂的需求日益迫切。高质量的机制砂不仅是高性能混凝土的核心质量保证和建筑物寿命的重要基础,而且对于我国“双碳”目标的实现有着重要的作用。目前由于机制砂加工设备相对落后,加之其生产工艺、母岩特性等原因,使产品质量参差不齐,存在着产品粒形差、级配不合理以及空隙率高等问题,导致高品质的机制砂成为市场急缺的骨料产品。机制砂的生产主要由破碎和整形两道核心工艺组成,论文从不同加载方式的颗粒破碎特性和整形工艺的机理这两方面开展研究工作。论文从载荷加载方式（剪切挤压和冲击）入手,以比破碎特性为参数,建立了与载荷工艺相匹配的破碎模型。传统的整形机让石头自然堆积或者由石头颗粒主动冲击在铁板上形成石粉墙,完成“石打石”的整形工艺。论文研究了石粉墙的整形机理,提出了颗粒整形工艺的力学接触模型,并在此基础上完成了“三段设计”的人造石粉墙工艺,为制砂装备的工艺参数优化提供理论基础和数据支持,具体开展的研究工作如下:（1）建立了砂石颗粒剪切挤压比破碎能耗模型。运用机器学习方法（GASVM算法）建立了剪切挤压复合加载破碎能耗模型。与传统的静态或者准静态剪切挤压加载测试不同,该模型考虑了加载过程的动静复合影响因素。通过剪切挤压试验样机的数据获取,分析了比破碎能对剪切速率和挤压速率的影响关系。既可为机制砂设备骨料破碎的加载模式提供理论基础,还可通过其推导出最优工艺参数。（2）建立了有限元和离散元耦合作用的冲击破碎模型。通过冲击式破碎试验样机得到并分析试验数据,归纳出在自由冲击状态下,砂石颗粒的破碎特性,从颗粒破碎的载荷工艺形式入手,以“单颗粒”破碎的实验研究为基础,实现“颗粒群”的数值模拟分析,利用离散单元法和有限元法耦合（DEMFEM）的方法实现了冲击破碎设备的参数优化,并研究了冲击破碎的比破碎特性。（3）提出了石粉墙整形机理,建立了石粉墙整形的颗粒力学接触模型,并应用该原理采用分步优化法进行了优化设计,提出把石粉墙分为三段进行分步优化。采用颗粒群的平均速度变化等作为评价指标,验证了分步优化法将反击板分为3段以及采用逐段优化的合理性和优越性,通过离散元模拟和样机实验进行新型反击板每段倾角与原反击板进行对比,验证了新型反击板破碎性能更佳。论文进一步明确了不同载荷下颗粒破碎机理,并设计和搭建剪切挤压和冲击破碎实验平台,在此基础上提出分步优化法去优化石粉墙结构并验证技术的可行性。论文的研究成果,对破碎设备的设计和优化实现加工具有实际指导意义。