界面元是指两种连续结构或连续结构与离散介质在接触界面一定范围内的有限单元集或有限单元/粒子单元集。界面元方法是研究界面元区域内单元之间的力作用和结点属性等效传递的一种数字化模拟方法。本文提出界面元方法来模拟和分析装备工作过程中连续结构与离散介质、连续结构与连续结构在相互作用界面的作用力计算、单元结点属性的等效传递问题,研究工作主要体现在以下五个方面：1针对界面元方法预处理阶段需要快速生成离散颗粒集问题,提出一种几何和物理相结合的颗粒集生成算法,充分利用离散介质颗粒单元的几何特性和颗粒下落时的物理特性,构建了几何与物理特性相结合的颗粒堆积移动模型,快速生成二维域圆形颗粒集和三维域球形颗粒集,生成颗粒集的时间与颗粒数量成线性关系,且颗粒集密度高,生成时间短。2为了模拟和计算连续结构与离散介质之间的相互作用力,提出基于单元/粒子接触的界面元方法,根据有限单元与粒子单元之间的几何接触情形,采用线弹性模型直接计算单个离散颗粒与有限元面片间的作用力,再将计算得到的作用力等效至有限元节点,进一步计算有限元节点的受力和位移,可视化显示了离散介质的受力、变化状况和连续结构的受力、应变状况。3针对大规模粒子集在机械结构作用下的应力、应变分析问题,提出基于单元／粒子交迭的界面元模型,将直接受结构作用的区域及其近邻区域用离散元表示,较远区域则用六面体有限单元表示,两种单元区域在它们的相互作用界面有一定程度的交迭。在交迭区,将有限单元内离散粒子的质量、受力等效传递至有限元节点,得有限元节点加速度,将有限元节点的速度、加速度等参插值至离散单元,得离散粒子所在位置的应变和应力,同时以交迭区有限单元的受力作为边界条件求解整个区域的受力和变形状况。4为了解决多个有限元网格在接触界面的节点不匹配而导致节点属性不能光滑传递的问题,提出异构网格界面元方法,构建了二维异构的四边形单元节点及其错位节点形函数,实现异构四边形单元网格在接触界面属性的光滑传递,将该方法进一步延伸至四边形网格与三角形网格之间的界面元分析；同时研究了三维异构的六面体单元网格之间结点属性的光滑传递方法。通过一个异构网格接触实例验证了方法的正确性,并将方法应用于齿轮的接触分析。5提出了主/辅网格节点属性等效集成方法，以解决异构有限元网格多场信息难以集成显示的问题。将多个有限元网格模型中的一个作为主网格,其它作为辅网格,将辅网格单元节点信息向主网格节点等效转移,最终在主网格单元节点中实现多场信息的集成显示。研究结果分析了盾构刀盘掘进过程中刀具和刀盘受到的应力场和温度场综合作用分布和多场作用的最强区域,为刀具和刀盘设计提供了依据。