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传统的矿物破碎方式和硬岩钻探存在能耗大,会产生粉尘等环境问题,以及破碎矿物存在颗粒细粒过磨,粗粒欠磨等缺陷。而以水中高压脉冲放电技术为核心的矿物破碎和硬岩钻探方式则不存在这些问题,因此水中高压脉冲放电技术在矿物破碎以及硬岩钻探领域具有可观的应用前景。但矿物破碎和硬岩钻探都涉及多场耦合问题,现阶段的研究手段有限,难以提取矿物破碎和硬岩钻探过程中的物理信息。因此如何对此过程中物理信息的捕捉,是一个重要且具有意义的研究课题。而有限元软件广泛的应用于多场耦合问题分析,并涉及冲击变形问题,为分析水中高压脉冲放电矿物破碎和硬岩钻探提供了可能。本文基于上述背景,研究掌握水中高压脉冲放电破碎的相关理论,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA构建针-板冲击菱镁矿仿真模型,用来描述矿物破碎过程中的冲击特性,并辅以菱镁矿破碎实验验证仿真模型的合理性。在此基础上建立针-针电极花岗岩钻探失效模型,研究电极间距对硬岩钻探的影响。最后利用Materials Studio材料计算软件中的DMOL3模块研究矿物破碎解离面与水中放电产生的各种粒子间的相互作用,主要研究内容和成果如下:（1）在明确水中高压脉冲放电破碎机理的条件下,利用ANSYS/LS-DYNA构建5mm的针-板电极冲击菱镁矿仿真模型。把注入放电通道的能量进行爆源等效,最终的仿真结果表明菱镁矿所受最大冲击载荷为241MPa,而高品位、中品位、低品位菱镁矿的平均抗压强度分别为60.298MPa、98.447MPa和141.2MPa,理论上能实现三种品位菱镁矿的破碎,仿真结果也表明放电产生的冲击波以球面波的形式传播。（2）在40kV放电电压,高压电极距离菱镁矿5mm的条件下,进行三种品位的菱镁矿的破碎实验,并辅以高速摄像机记录冲击波的发展过程。实验结果表明,在此实验条件下,三种品位的菱镁矿都能有效破碎,且冲击波以球面波的形式传播,证明了针-板电极冲击菱镁矿仿真模型的正确性。（3）以针-板电极冲击菱镁矿的研究为基础,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件构建2mm、4mm、6mm以及8mm针-针电极放电间距下的花岗岩钻探破碎数值仿真模型,结果表明:38kV放电电压条件下,2mm、4mm和6mm放电间距能够实现花岗岩的有效钻探破碎,而8mm放电间距无破碎能力。且2mm放电间距与4mm放电间距的钻探破碎能力相差不大,但是都大于6mm放电间距的钻探破碎能力,与相关实验结果比较吻合。（4）为明确矿物破碎解离面所具有的性质,以菱镁矿的破碎为例,通过扫描电镜（SEM）、背散射（BSD）以及EDS能谱分析对菱镁矿的破碎结果进行分析,得到菱镁矿破碎解离会产生MgCO3的单体颗粒,并选择放电产生的羟基自由基（·OH）与菱镁矿（211）解离面进行模拟研究。采用Materials Studio软件对菱镁矿（211）解离面进行态密度分析,接着选择菱镁矿（211）解离面中Mg原子的顶位,建立·OH吸附模型。模拟结果表明,菱镁矿与·OH之间的吸附能为-4.381eV,·OH可吸附在菱镁矿（211）解离面上。本文通过数值模拟与实验相结合,对水中高压脉冲放电矿物破碎过程中的冲击特性及硬岩钻探破碎过程进行描述,为研究水中脉冲放电矿物破碎和硬岩钻探提供了新的研究方法,同时本文通过建立羟基吸附模型,对矿物破碎解离面的相关性质进行分析研究,为矿物破碎后的浮选提供了一定的参考。