船舶設(shè)計和建造是一門綜合性極強的科學(xué)技術(shù)，提高船舶設(shè)計的效率，有效地降低造船成本，同時提高船體結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性、安全性和合理性是船舶設(shè)計發(fā)展的永恒主題。船舶設(shè)計手段的提升以提高設(shè)計效率、縮短造船周期為目標(biāo)，在實現(xiàn)三維設(shè)計的同時，實現(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)在強度、剛度、振動及噪聲等方面滿足船舶總體設(shè)計的要求。對于艦船來說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：總縱強度、局部強度、扭轉(zhuǎn)強度、疲勞強度、抗爆強度、屈曲分析、波浪載荷預(yù)報及晃蕩分析等。

（2）船舶流體動力學(xué)特性

船舶流體動力學(xué)技術(shù)的目標(biāo)，是在一定程度代替船模試驗，為船舶水動力性能設(shè)計提供一個全雷諾數(shù)的數(shù)值模擬工具。它不僅可以預(yù)報各類船舶在靜水中航行時的阻力，以及與推進裝置結(jié)合起來的推進性能，它還可以根據(jù)風(fēng)、浪、流等環(huán)境載荷，預(yù)報實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，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算流體力學(xué)技術(shù)來仿真。

（3）艦船物理場特性

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

一、結(jié)構(gòu)靜力分析

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

船體強度問題包括總縱強度、局部強度、扭轉(zhuǎn)強度、疲勞強度及抗爆強度、結(jié)構(gòu)屈曲等?？偪v強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)剛度相對較低，需要計算扭轉(zhuǎn)強度。組成船體的各部分結(jié)構(gòu)、節(jié)點及其組成的構(gòu)件還會因局部載荷和（或）船體梁應(yīng)力而發(fā)生變形或受到破壞，這類強度問題通常稱為局部強度。

借助通用機械仿真軟件ANSYS Mechanical可以處理結(jié)構(gòu)建模、載荷施加、強度、變形等機械分析問題。

此外，船體在整個運行生命周期中所收到了各種交變載荷（靜變載荷、動變載荷、周期載荷）。包括航行過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)的營運和耐久性要求使船上結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中和疲勞強度變得尤為突出。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)的振動噪聲分析

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

船舶振動包括總振動和局部振動。船體總振動是船舶總體振動形態(tài)的一種主要反映和描述方式，船體局部振動是船上各種局部構(gòu)件的振動。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)振動和噪聲分析的主要內(nèi)容包括：

（1）船舶總振動計算
船體總振動可分為自由振動與強迫振動兩大類，前者主要研究船體總振動的模態(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力作用下的響應(yīng)及如何減小和控制其振動量級等。

（2）船體局部振動計算