当前,世界上陆地资源短缺的严峻形势,迫使人们对海洋资源的开发和利用变得异常紧迫。开采海底矿产资源所需要的深海采矿系统,是人类工程史上最大尺度的系统,同时要面临复杂海洋环境,诸如,海底地形地质条件、非线性波、非定常海流及季节性和突发性海洋灾害等的严峻考验。因此亟须开展复杂环境下深海采矿系统结构安全性研究。本文以理论分析和数值模拟为主要研究方法,从深海采矿系统的工作环境入手,研究深海采矿系统在拖曳工作模式下输送管线的空间形态与输送管线和集矿机的动力学行为,为深海采矿系统的设计提供参考依据。主要研究内容与结论如下:1、阐述了多刚体离散元的适用范围以及其基本思想,在线性梁理论的基础上推导出空间梁单元的刚度矩阵以及整体刚度矩阵,建立了离散元单元模型,并成功地运用到大变形缆线与运动的刚性机构之间力的传递问题研究。2、分析了管线系统以及集矿系统所受的各种海洋环境荷载和边界条件,建立了深海采矿系统的简化力学模型;为了计算的准确性,讨论了Morison模型、考虑尾流效应的Wake I模型和Wake II模型,给出了3种液动力模型的适用范围。3、利用虚拟样机技术建立了深海采矿系统的仿真模型,给出了模型的创建方法以及编程建模的程序设计。4、研究深海采矿系统在拖曳工作模式下的动力学行为,考虑了拖航速度、液动力模型、管线长度和采矿船升沉幅值等4种对系统动力学行为有重要影响的因素,分别设计了多种不同水平指标,并进行了虚拟样机仿真。计算结果表明:拖航速度越大集矿机所受摩擦阻力越小;采用Wake I液动力模型计算时结果相对保守;管线越长采矿系统的空间形态与动力学特征就越不稳定;采矿船的升沉幅值越大,周期波动幅值也越大,但周期不变。