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深海采矿面临复杂的海底环境。为了将沉积在海底的多金属结核采集出来，输送到海面的船上，需要考虑诸多因素，其中包括分析软管构型和集矿机的相互作用。
软管在深海采矿系统中是连接中继舱和集矿机的输送枢钮。集矿机连续运动的回采方式构成一类重要的边界条件即运动约束边界条件而浮力装置的分布位置与分布形态构成另一种外荷载条件，它们是本研究的热点和焦点，也是深海采矿方法研究中具备创造性与突破性的关键所在。
软管空间运动形态动力分析是流体和固体耦合的动力问题，而软管结构体的动力弹性分析在流体和固体耦合问题中至关重要，因此关于有限元理论进行了普遍而又详细的表述，这种表述既适用于逐点的弹性力学问题，也适用于具有转动自由度的杆件力学问题.这种统一的视野有利于洞悉问题的实质.
本文通过支座位移非线性迭代法结合六自由度空间梁结构非线性有限元分析理论成功地解决了在复杂外荷裁作用下软管平衡构型的确定。边界条件考虑了固端约束与铰支约束，浮力既可分布作用也可集中作用在软管的任意位置。
为分析软管变形的轴向、弯曲和剪切的耦合效应，考虑了应变表达式中位移高阶量的影响与横向剪力的作用，提出了适合大位移几何非线性、流-固耦合的弹性杆件结构所需满足的三维空间不定常连续性偏微分方程，但该方程忽略了扭转的作用。本文提出的数学模型可应用于任意细长圆截面结构的静力或动力非线性分析。
与一般教科书推出的悬链线解形式不同，本文对于经典的悬链线方程给出了新的形式，特别适合于水平张力的非线性迭代。
通过非线性的悬索结构理论来描述离散系统，在悬索结构的框架上考虑管线的弯曲性能和局部曲率对其形状的影响，通过横向剪力的差分格式考虑抗弯刚度对于单元的影响，以修正悬索结构理论的计算结果。
利用莫里逊流体阻力公式分析流体阻力对软管空间形态的影响，莫里逊方程包括粘性阻力和惯性阻力，其中的波浪运动引起的阻力通过小振幅波势函数理论加以处理。
阻力系数的变化确定软管响应的预测精度，因此进行了风洞试验测量阻力系数与雷诺数和攻角的变化关系.实验的结果分为圆柱体实验结果和带缆圆柱体的结果，流体阻力计算中仅用到圆柱体实验结果。
几何刚度矩阵取决于横向大位移与由于横向大位移变形引起的轴向内力，在复杂的成形分析中，几何刚度矩阵扮演重要的作用。本文推导出各种约束情形下的刚度矩阵，特别是本文独有的一端固结一端铰接边界条件下的几何刚度矩阵；对于弯剪杆单元一致质量矩阵进行了深层次的探讨，以拓宽探索的视野和途径。
本文利用梁函数直接推导出倾斜杆弯剪的空间等效荷载在整体坐标系中的公式，推导中借用了固端约束条件，因此提出固端弯矩调整系数。固端弯矩调整系数是一个重要的接口参数，通过这一重要的接口参数可以把悬索结构非线性理论，空间梁非线性有限元理论与差分方法计算的弯剪力学反应相衔接。
为加快计算迭代的收敛性，程序引入抗弯刚度阻尼系数来增加非线性迭代中的抗弯刚度，引入虚拟临界荷载系数增加软管的局部抗弯稳定性。这属于半经验半理论的方法。
为解决四点约束问题，本文的技术手段为：先利用非线性有限元理论解决软管在两个真实边界点约束下的空间构型问题。将两点约束问题的软管构型曲线数值解作为四点约束问题的初始解，然后通过子结构虚拟位移的非线性迭代得到四点约束问题的力学逼近。
软管空间形态是流体和固体结构高度耦合的时间相关问题。对于时空相关的偏微分方程，常用的数学手段是根据问题的性质进行变量的时空分离。时空相关的流田耦合方程的求解分为两个主要过程：第一过程为冻结时刻的准静态平衡构形的求解也即迭代修正某瞬时的基本空间形态，该过程的求解基本上采用牛顿-拉夫森(Newton-Raphson)法结合外荷载的逐步分级加载。第二过程为结构体空间形态的时间演化过程，该过程采用Wilson法或Newmark法等隐式时间积分算法。对此本文进行了详细的阐述。
对于软管非线性瞬态分析的数值计算，本程序静力分析中得到的软管空间形态作为动态分析的初始构型。
根据非线性动力学理论和计算机图形学理论，以Windows操作系统作为平台，独立自主地开发了一个中等规模的非线性有限元CAD可视化软件。