当今世界各国都在加紧对深海矿床资源开采技术的研究，为“海洋经济时代”的到来做技术储备，我国也非常重视深海采矿技术的研究。目前从世界各国研究机构提出的钴结壳破碎方案来看，钴结壳及其基岩最佳的破碎方案应该是螺旋滚筒式切削或拖头切削。为了提高研发效率，减少风险和降低成本，各国在深海采矿系统的计算机仿真与虚拟研究方面亦做了大量工作，但主要集中在海底环境，扬矿系统，集矿机等方面，对于钴结壳的破碎方面的虚拟研究很少见到。 本文通过对螺旋滚筒式采集头破碎钴结壳过程力学模型的研究，用VB编写了螺旋滚筒式采集头破碎钴结壳的力学计算仿真程序，并通过模型实验验证了仿真结果与实验结果的一致性。在此基础上，考虑海底微地形的起伏情况，通过大量的仿真计算并运用数理统计的方法对计算结果进行分析处理，得到了螺旋滚筒式采集头在破碎钴结壳过程中所受载荷及其波动系数与采集头可调工作参数的函数关系，得到了采集头破碎钻结壳及其基岩所受的载荷及功率的回归模型。然后利用有限元分析软件ANSYS对采集头在最恶劣工况下的强度进行了校核，得到了采集头各部分的应力——应变云图，并以重量最小为目标函数对采集头结构进行了优化。利用模糊优化设计理论，以截割功率和波动系数为目标函数对螺旋滚筒式采集头破碎钴结壳过程中的可调工作参数进行了优化，得出了螺旋滚筒式采集头破碎钴结壳的最优工作状态，为实际的深海钴结壳开采提供了依据。