熱結構力學是研究工程結構(簡稱結構)在熱作用下，由於溫度變化而引起的結構強度、剛度、穩定性和承載能力的變化規律的學科。結構力學的分支學科。
基本介紹
- 中文名：熱結構力學
- 外文名：thermo-structuralmechanics
廣泛用於動力機械、高速飛行器、核反應堆結構及石油化工機械設備的設計、計算和安全分析中。
結構受熱作用時，各部分因溫度變化而脹縮，結構因受約束或為保持其各部分變形的協調而產生熱應力或溫度應力；另外，材料的力學參量也會隨溫度變化，影響溫度應力的量值。由熱應力引起的結構破壞，即熱強度問題。由不均勻熱作用引起的脹縮還會使結構產生不允許的變形，這就是熱剛度問題。薄壁結構因受熱而產生的壓應力會引起熱屈曲，導致結構變形並喪失承載能力。（見熱彈性力學）
結構中的熱應力在短時內產生劇烈變化的現象稱為熱衝擊。熱衝擊會使結構內出現應力波而導致結構破壞。另外，由於結構記憶體在很高的溫度梯度，例如當淬火及突然冷卻時，導致結構表面劇烈收縮並產生巨大的拉應力，使脆性材料的結構產生裂紋。在熱衝擊下，結構物還會產生熱振動。溫度對結構的剛度、阻尼有很大影響，也會影響振動的頻率和振幅。在研究非線性振動時，常需考慮熱應變的影響。
溫度的交替變化可引起結構內部熱應力的交替變化；如果結構已承受恆定的或交變的載荷，則熱應力和載荷應力的疊加，會加速結構的疲勞，降低結構的壽命。如果溫度或載荷交替變化的幅度較大，則可導致塑性變形。由於交變溫度與載荷引起的正反方向的塑性變形，會使結構產生低周熱疲勞破壞。
對於韌性較好的材料和結構，熱應力可導致結構產生不可逆的塑性變形，即熱塑性問題。在熱作用下，含裂紋型缺陷的結構引起的斷裂是高溫下工作的構件安全分析的重要問題。近年來，熱斷裂力學得到了發展。損傷力學套用於在溫度作用下的塑性損傷和蠕變損傷，是近年來熱結構力學的一個重要進展。它使得在高溫下工作的結構構件的承載能力與蠕變壽命的持久強度問題，得到較好的解決。已對熱和變形的耦合問題、熱彈性波、非均勻多層介質的熱應力和熱粘彈(塑)性問題進行了研究，使熱結構力學有了長足的發展而漸趨成熟，它在各工程中的套用也更加廣泛和深入。
