熱結(jié)構(gòu)力學(xué)簡介

廣泛用于動力機(jī)械、高速飛行器、核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)及石油化工機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)、計(jì)算和安全分析中。

結(jié)構(gòu)受熱作用時(shí)，各部分因溫度變化而脹縮，結(jié)構(gòu)因受約束或?yàn)楸３制涓鞑糠肿冃蔚膮f(xié)調(diào)而產(chǎn)生熱應(yīng)力或溫度應(yīng)力；另外，材料的力學(xué)參量也會隨溫度變化，影響溫度應(yīng)力的量值。由熱應(yīng)力引起的結(jié)構(gòu)破壞，即熱強(qiáng)度問題。由不均勻熱作用引起的脹縮還會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不允許的變形，這就是熱剛度問題。薄壁結(jié)構(gòu)因受熱而產(chǎn)生的壓應(yīng)力會引起熱屈曲，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形并喪失承載能力。（見熱彈性力學(xué))

結(jié)構(gòu)中的熱應(yīng)力在短時(shí)內(nèi)產(chǎn)生劇烈變化的現(xiàn)象稱為熱沖擊。熱沖擊會使結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力波而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。另外，由于結(jié)構(gòu)內(nèi)存在很高的溫度梯度，例如當(dāng)淬火及突然冷卻時(shí)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)表面劇烈收縮并產(chǎn)生巨大的拉應(yīng)力，使脆性材料的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋。在熱沖擊下，結(jié)構(gòu)物還會產(chǎn)生熱振動。溫度對結(jié)構(gòu)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(shí)，常需考慮熱應(yīng)變的影響。

溫度的交替變化可引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部熱應(yīng)力的交替變化；如果結(jié)構(gòu)已承受恒定的或交變的載荷，則熱應(yīng)力和載荷應(yīng)力的疊加，會加速結(jié)構(gòu)的疲勞，降低結(jié)構(gòu)的壽命。如果溫度或載荷交替變化的幅度較大，則可導(dǎo)致塑性變形。由于交變溫度與載荷引起的正反方向的塑性變形，會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生低周熱疲勞破壞。

對于韌性較好的材料和結(jié)構(gòu)，熱應(yīng)力可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(jié)構(gòu)引起的斷裂是高溫下工作的構(gòu)件安全分析的重要問題。近年來，熱斷裂力學(xué)得到了發(fā)展。損傷力學(xué)應(yīng)用于在溫度作用下的塑性損傷和蠕變損傷，是近年來熱結(jié)構(gòu)力學(xué)的一個(gè)重要進(jìn)展。它使得在高溫下工作的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力與蠕變壽命的持久強(qiáng)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(zhì)的熱應(yīng)力和熱粘彈(塑)性問題進(jìn)行了研究，使熱結(jié)構(gòu)力學(xué)有了長足的發(fā)展而漸趨成熟，它在各工程中的應(yīng)用也更加廣泛和深入。2100433B

結(jié)構(gòu)力學(xué)——靜定結(jié)構(gòu)力學(xué)課程定位

結(jié)構(gòu)力學(xué)——靜定結(jié)構(gòu)力學(xué)課程是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，通過對幾何構(gòu)造分析、靜定結(jié)構(gòu)的受力分析、虛功原理與結(jié)構(gòu)位移計(jì)算等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，使學(xué)習(xí)者具備對靜定結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力和位移計(jì)算的能力，以及自學(xué)和閱讀結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)參考書的能力。

結(jié)構(gòu)力學(xué)——靜定結(jié)構(gòu)力學(xué)適應(yīng)專業(yè)

結(jié)構(gòu)力學(xué)——靜定結(jié)構(gòu)力學(xué)課程適合土木工程、水利類工程等專業(yè)學(xué)習(xí)。

結(jié)構(gòu)力學(xué)是一門古老的學(xué)科，又是一門迅速發(fā)展的學(xué)科。新型工程材料和新型工程結(jié)構(gòu)的大量出現(xiàn)，向結(jié)構(gòu)力學(xué)提供了新的研究內(nèi)容并提出新的要求。計(jì)算機(jī)的發(fā)展，又為結(jié)構(gòu)力學(xué)提供了有力的計(jì)算工具。另一方面，結(jié)構(gòu)力學(xué)對數(shù)學(xué)及其他學(xué)科的發(fā)展也起了推動作用。有限元法這一數(shù)學(xué)方法的出現(xiàn)和發(fā)展就和結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究有密切關(guān)系。在固體力學(xué)領(lǐng)域中，材料力學(xué)給結(jié)構(gòu)力學(xué)提供了必要的基本知識，彈性力學(xué)和塑性力學(xué)是結(jié)構(gòu)力學(xué)的理論基礎(chǔ)。另外，結(jié)構(gòu)力學(xué)與流體力學(xué)相結(jié)合形成邊緣學(xué)科——結(jié)構(gòu)流體彈性力學(xué)。

評定結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，從力學(xué)角度看，主要是結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既要保證結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度，又要保證它有足夠的剛度。強(qiáng)度不夠，結(jié)構(gòu)容易破壞；剛度不夠，結(jié)構(gòu)容易皺損，或出現(xiàn)較大的振動，或產(chǎn)生較大的變形。皺損能夠?qū)е陆Y(jié)構(gòu)的變形破壞，振動能夠縮短結(jié)構(gòu)的使用壽命，皺損、振動、變形都會影響結(jié)構(gòu)的使用性能，例如，降低機(jī)床的加工精度或減低控制系統(tǒng)的效率等。

觀察自然界中的天然結(jié)構(gòu)，如植物的根、莖和葉，動物的骨骼，蛋類的外殼，可以發(fā)現(xiàn)它們的強(qiáng)度和剛度不僅與材料有關(guān)，而且和它們的造型有密切的關(guān)系。很多工程結(jié)構(gòu)是受到天然結(jié)構(gòu)的啟發(fā)而創(chuàng)制出來的。人們在結(jié)構(gòu)力學(xué)研究的基礎(chǔ)上，不斷創(chuàng)造出新的結(jié)構(gòu)造型。加勁結(jié)構(gòu)(見加勁板殼)、夾層結(jié)構(gòu)(見夾層板殼)等都是強(qiáng)度和剛度比較高的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅要考慮結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，還要做到用料省、重量輕。減輕重量對某些工程尤為重要，如減輕飛機(jī)的重量就可以使飛機(jī)航程遠(yuǎn)、上升快、速度大、能耗低。

結(jié)構(gòu)力學(xué)——靜定結(jié)構(gòu)力學(xué)預(yù)備知識

學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)——靜定結(jié)構(gòu)力學(xué)課程需要掌握高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、理論力學(xué)、材料力學(xué)等課程基礎(chǔ)知識。

結(jié)構(gòu)力學(xué)——靜定結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)習(xí)資料

• 使用教材

（注：表格內(nèi)容參考資料）

• 參考教材

（注：表格內(nèi)容參考資料）