本书介绍了船舶结构有限元仿真的基础知识和计算分析方法，重点阐述了基于大型商用有限元软件Abaqus对船舶结构强度、稳定性、固有频率、水下振动、振动响应和优化设计等常见问题进行计算分析的方法和步骤，并且给出了相应的应用实例。本书共分为12章，主要包括有限元法概述、有限元法在船舶设计中的应用、船舶结构的模型化方法、Abaqus软件简介与操作入门、船舶局部结构的有限元分析、船舶舱段与全船结构强度有限元分析、船舶结构稳定性的有限元分析、船舶结构的振动模态计算、船舶船体的水中振动模态分析、船舶结构振动响应的有限元分析、船舶结构优化设计技术、船舶复合材料结构分析基础。本书可作为高等院校船舶与海洋工程专业本科生和研究生的教材或教学参考书，也可供相关专业的研究人员和工程技术人员参考。

本书首先阐述了有限元法的基本概念以及船舶结构有限元计算的基本原则、方法和流程。在此基础上，基于有限元软件Abaqus，按照力学问题和结构形式这两条主线来开展本书的编写工作。按照有限元方法分析的常见结构力学问题进行章节编排，逐一阐述采取有限元方法求解各类力学问题的总体思路和基本方法。

当前，随着计算机科学和数值计算学科的发展，尤其是新型结构形式和新材料在船舶与海洋工程领域的应用日益广泛，有限元仿真技术已成为船舶结构设计的重要方法，在船舶结构强度、稳定性和振动问题分析中的应用越来越多。结构有限元分析已经成为船舶工程专业技术人员*的技能。对于船舶与海洋工程专业的学生来说，掌握船舶结构有限元仿真分析的基础理论知识，并且熟练运用有限元软件分析常见结构力学问题是十分必要的。因此，从满足学生技能的现实需求和学科专业长远发展的需要出发，我们有针对性地编写了本书，它主要适用于船舶与海洋工程专业本科生以及船舶与海洋结构物设计制造专业硕士研究生的课程教学。本书首先阐述了有限元法的基本概念以及船舶结构有限元计算的基本原则、方法和流程。在此基础上，基于有限元软件Abaqus，按照力学问题和结构形式这两条主线来开展本书的编写工作。按照有限元方法分析的常见结构力学问题进行章节编排，逐一阐述采取有限元方法求解各类力学问题的总体思路和基本方法。内容涵盖了结构弯曲、稳定性、固有频率、水下振动、振动响应和优化设计等多个方面，并在各章中编写了典型实例，详述了各类力学问题有限元计算分析过程。同时，各章节典型实例中有限元模型由简至繁，系统性强，包括杆、梁、板、板架、船舶舱段、潜艇环肋圆柱壳和复合材料结构等典型船舶结构。本书具有较强的实践指导性，通俗易懂、易于自学，可作为船舶与海洋工程专业的教材，也可供船舶工程技术人员参考。由于编者水平有限，书中难免有不妥之处，恳请读者批评和指正。编者2025年3月

李华东，海*程大学副教授，主要从事船舶结构力学、舰船复合材料结构设计与工程应用的相关研究工作。主持国家自然科学基金、军内科研等科研项目20余项，以第一作者或通讯作者发表论文30余篇，申请专利10余项，获军队科技进步二等奖1项、湖北省科技进步三等奖2项。

第1章有限元法概述(1)1.1有限元法的发展历史(1)1.2有限元法的分类(2)1.3有限元法求解过程及其相关概念(3)1.4有限元法的优缺点(5)思考题(6)第2章有限元法在船舶设计中的应用(7)2.1概述(7)2.2有限元法在船舶结构设计中的应用(9)2.3通用有限元分析软件在船舶设计领域的应用(12)思考题(16)第3章船舶结构的模型化方法(17)3.1概述(17)3.2船舶结构模型化的基本原则(17)3.3结构有限元网格划分方法(19)3.4载荷模型化(28)3.5边界条件处理(33)思考题(37)第4章Abaqus软件简介与操作入门(38)4.1Abaqus软件在船舶设计领域的应用(38)4.2Abaqus软件功能模块简介(41)4.3Abaqus基本操作入门(42)4.4入门实例超静定桁架的静力分析(45)思考题(55)第5章船舶局部结构的有限元分析(56)5.1船舶局部结构模型(56)5.2实例简支梁的弯曲分析(58)5.3实例板的弯曲分析(65)思考题(71)第6章船舶舱段与全船结构强度有限元分析(72)6.1舱段结构强度的有限元分析(72)6.2全船结构强度的有限元分析(76)思考题(80)第7章船舶结构稳定性的有限元分析(81)7.1线性屈曲分析概述(81)7.2Abaqus中的非线性屈曲分析(83)7.3实例圆柱壳体稳定性计算分析(88)思考题(97)第8章船舶结构的振动模态计算(98)8.1船体振动的基础知识(98)8.2Abaqus中的模态计算(101)8.3实例板架的振动模态分析(103)思考题(111)第9章船舶船体的水中振动模态分析(112)9.1舷外水对船体振动的影响及其模拟方法(112)9.2实例环肋圆柱壳结构水下振动模态计算(113)思考题(122)第10章船舶结构振动响应的有限元分析(123)10.1概述(123)10.2线性稳态动力学简介(124)10.3Abaqus中的阻尼(130)10.4实例悬臂梁结构稳态振动响应分析(135)思考题(143)第11章船舶结构优化设计技术(144)11.1结构优化设计概述(144)11.2Abaqus结构优化模块简介(146)11.3Abaqus中拓扑优化和形状优化的定义(149)11.4实例悬臂板结构拓扑优化(161)思考题(171)第12章船舶复合材料结构分析基础(172)12.1概述(172)12.2宏观建模(174)12.3混合建模(180)12.4复合材料铺设工具(185)12.5实例复合材料夹层板弯曲分析(193)思考题(203)参考文献(204)后记(205)