船舶設計和建造是一門綜合性極強的科學技術，提高船舶設計的效率，有效地降低造船成本，同時提高船體結構的經(jīng)濟性、安全性和合理性是船舶設計發(fā)展的永恒主題。船舶設計手段的提升以提高設計效率、縮短造船周期為目標，在實現(xiàn)三維設計的同時，實現(xiàn)與工廠的數(shù)據(jù)共享。隨著信息化技術的飛速發(fā)展，電子樣船開發(fā)技術及“數(shù)字化造船工程”已被引入船舶工業(yè)。目前，船舶設計與CAE相關的特性指標有：

（1）船舶結構特性

船舶結構應在強度、剛度、振動及噪聲等方面滿足船舶總體設計的要求。對于艦船來說還有水下噪聲和艦體結構、設備和艦員抗沖擊方面的要求。船舶結構特性包括：總縱強度、局部強度、扭轉強度、疲勞強度、抗爆強度、屈曲分析、波浪載荷預報及晃蕩分析等。

（2）船舶流體動力學特性

船舶流體動力學技術的目標，是在一定程度代替船模試驗，為船舶水動力性能設計提供一個全雷諾數(shù)的數(shù)值模擬工具。它不僅可以預報各類船舶在靜水中航行時的阻力，以及與推進裝置結合起來的推進性能，它還可以根據(jù)風、浪、流等環(huán)境載荷，預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，船艙內部的通風性能以及火災安全性能也可以用計算流體力學技術來仿真。

（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、結構靜力分析

船舶結構靜力分析主要是計算船舶的結構強度。船體強度是指結構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，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、扭轉強度、疲勞強度及抗爆強度、結構屈曲等?？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，因船體扭轉剛度相對較低，需要計算扭轉強度。組成船體的各部分結構、節(jié)點及其組成的構件還會因局部載荷和（或）船體梁應力而發(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可以處理結構建模、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，以及結構的營運和耐久性要求使船上結構的應力集中和疲勞強度變得尤為突出。采用ANSYS nCode和Fe-safe可分析結構在各種交變載荷下的壽命。

某客船底板的縱向應力

某客船縱骨的縱向應力

二、船舶結構的振動噪聲分析

在船舶設計階段，需要進行振動預報（計算振動模態(tài)與響應）和結構聲學設計，并對局部結構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。

船舶結構振動和噪聲分析的主要內容包括：

（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及如何減小和控制其振動量級等。

（2）船體局部振動計算