船舶設(shè)計(jì)和建造是一門綜合性極強(qiáng)的科學(xué)技術(shù)，提高船舶設(shè)計(jì)的效率，有效地降低造船成本，同時(shí)提高船體結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、安全性和合理性是船舶設(shè)計(jì)發(fā)展的永恒主題。船舶設(shè)計(jì)手段的提升以提高設(shè)計(jì)效率、縮短造船周期為目標(biāo)，在實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)與工廠的數(shù)據(jù)共享。隨著信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，電子樣船開發(fā)技術(shù)及“數(shù)字化造船工程”已被引入船舶工業(yè)。目前，船舶設(shè)計(jì)與CAE相關(guān)的特性指標(biāo)有：

（1）船舶結(jié)構(gòu)特性

船舶結(jié)構(gòu)應(yīng)在強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)及噪聲等方面滿足船舶總體設(shè)計(jì)的要求。對(duì)于艦船來(lái)說(shuō)還有水下噪聲和艦體結(jié)構(gòu)、設(shè)備和艦員抗沖擊方面的要求。船舶結(jié)構(gòu)特性包括：總縱強(qiáng)度、局部強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、抗爆強(qiáng)度、屈曲分析、波浪載荷預(yù)報(bào)及晃蕩分析等。

（2）船舶流體動(dòng)力學(xué)特性

船舶流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)的目標(biāo)，是在一定程度代替船模試驗(yàn)，為船舶水動(dòng)力性能設(shè)計(jì)提供一個(gè)全雷諾數(shù)的數(shù)值模擬工具。它不僅可以預(yù)報(bào)各類船舶在靜水中航行時(shí)的阻力，以及與推進(jìn)裝置結(jié)合起來(lái)的推進(jìn)性能，它還可以根據(jù)風(fēng)、浪、流等環(huán)境載荷，預(yù)報(bào)實(shí)尺度船舶在海浪上的航行性能，包括快速性與波浪失速。同時(shí)，船艙內(nèi)部的通風(fēng)性能以及火災(zāi)安全性能也可以用計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)來(lái)仿真。

（3）艦船物理場(chǎng)特性

通常對(duì)于艦船來(lái)說(shuō)，物理場(chǎng)特性是關(guān)乎艦船生命力的重要特性。艦船物理場(chǎng)特性包括聲場(chǎng)、船舶CAE的分析種類及解決的問(wèn)題主要概括為以下四個(gè)方面：

一、結(jié)構(gòu)靜力分析

船舶結(jié)構(gòu)靜力分析主要是計(jì)算船舶的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。船體強(qiáng)度是指結(jié)構(gòu)能承受在正常施工和正常使用時(shí)可能出現(xiàn)的各種載荷和（或）載荷效應(yīng)，并在偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。

船體強(qiáng)度問(wèn)題包括總縱強(qiáng)度、局部強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度及抗爆強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)屈曲等。總縱強(qiáng)度是研究船體梁整體變形規(guī)律和抵抗破壞的能力。集裝箱船等大開口船舶，因船體扭轉(zhuǎn)剛度相對(duì)較低，需要計(jì)算扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。組成船體的各部分結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)及其組成的構(gòu)件還會(huì)因局部載荷和（或）船體梁應(yīng)力而發(fā)生變形或受到破壞，這類強(qiáng)度問(wèn)題通常稱為局部強(qiáng)度。

借助通用機(jī)械仿真軟件ANSYS Mechanical可以處理結(jié)構(gòu)建模、載荷施加、強(qiáng)度、變形等機(jī)械分析問(wèn)題。

此外，船體在整個(gè)運(yùn)行生命周期中所收到了各種交變載荷（靜變載荷、動(dòng)變載荷、周期載荷）。包括航行過(guò)程中的波浪載荷以及引起的船體中拱、中垂交替變化，滿載、空載、壓載等不同工況。這些變化的載荷，以及結(jié)構(gòu)的營(yíng)運(yùn)和耐久性要求使船上結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中和疲勞強(qiáng)度變得尤為突出。采用ANSYS nCode和Fe-safe可分析結(jié)構(gòu)在各種交變載荷下的壽命。

某客船底板的縱向應(yīng)力

某客船縱骨的縱向應(yīng)力

二、船舶結(jié)構(gòu)的振動(dòng)噪聲分析

在船舶設(shè)計(jì)階段，需要進(jìn)行振動(dòng)預(yù)報(bào)（計(jì)算振動(dòng)模態(tài)與響應(yīng)）和結(jié)構(gòu)聲學(xué)設(shè)計(jì)，并對(duì)局部結(jié)構(gòu)采取必要的減振降噪措施，避免船上出現(xiàn)有害振動(dòng)及其伴隨的噪聲。

船舶振動(dòng)包括總振動(dòng)和局部振動(dòng)。船體總振動(dòng)是船舶總體振動(dòng)形態(tài)的一種主要反映和描述方式，船體局部振動(dòng)是船上各種局部構(gòu)件的振動(dòng)。船舶噪聲包括艙室噪聲、水下輻射噪聲及自噪聲等。

船舶結(jié)構(gòu)振動(dòng)和噪聲分析的主要內(nèi)容包括：

（1）船舶總振動(dòng)計(jì)算
船體總振動(dòng)可分為自由振動(dòng)與強(qiáng)迫振動(dòng)兩大類，前者主要研究船體總振動(dòng)的模態(tài)（固有頻率和固有振型），而后者則研究船體梁在各種不同激勵(lì)力作用下的響應(yīng)及如何減小和控制其振動(dòng)量級(jí)等。

（2）船體局部振動(dòng)計(jì)算