美国政府于1994年公布了一个国家航天工程振兴和发展计划，指示NASA研发新一代可重复使用的飞行器(RLV)的新技术。这些新技术中所包含的是：热结构、热空气动力学、高超声速气动特性和再入时的热传递，于是气动加热和热结构等专题逐渐成为航天工程的热门研究问题。对于这些问题的迅速发展，笔者作为一个从事航空航天工程教育和科研工作者积极学习和参加相关的研究活动并收集有关资料，开始编写此书。

本书系统地介绍了飞行器结构上常用的元部件在热载荷作用下数学模型的建立，热弯曲、热振动、热屈曲等的分析方法，以及对高温材料的选用和热模拟试验等对航天工程分析和设计具有实用意义的问题，也对复杂的组合结构和大型结构的分析方法作了简略的介绍。

热结构是指在热载荷作用下的结构。高速飞行器在大气中飞行时受到气动加热的作用，采用完全的热结构就可以避免因结构烧蚀或失效而无法胜任其所承担的飞行任务，也可避免采用热防护增加飞行器的重量。

本书系统地介绍了飞行器结构上常用的元部件在热载荷作用下数学模型的建立，热弯曲、热振动、热屈曲等的分析方法，以及对高温材料的选用和热模拟试验等对航天工程分析和设计具有实用意义的问题，也对复杂的组合结构和大型结构的分析方法作了简略的介绍。

本书可供航天器设计人员和航天工程专业的高年级本科生和研究生学习和参考。

第1章 固体材料的应力应变及特性

 1.1 应力应变及弹性材料的本构方程

1.1.1 单向拉伸的应力应变曲线

1.1.2 三维的应力和应变

1.1.3 弹性材料的本构方程

 1.2 固体材料的屈服条件

 1.3 塑性材料的本构方程

 1.4 黏性材料的本构方程

1.4.1 黏弹性

1.4.2 黏塑性

 1.5 弹性和非弹性的统一本构方程

 参考文献

第2章 飞行器结构用材料

 2.1 金属材料的力学性能

2.1.1 强度与塑性

2.1.2 硬度

2.1.3 疲劳强度

 2.2 材料性能与温度的关系

2.2.1 弹性系数与温度的关系

2.2.2 热系数与温度的关系

2.2.3 材料的热疲劳

2.2.4 材料的热物性及测试

 2.3 轻金属材料及其合金

2.3.1 铝及铝合金

2.3.2 镁及镁合金

2.3.3 钛及钛合金

 2.4 复合材料

2.4.1 复合材料的增强纤维和基体

2.4.2 复合材料的界面结合强度

2.4.3 各类复合材料对界面的要求

 2.5 美国在发展中的耐高温结构材料简介

2.5.1 钛合金

2.5.2 碳-碳基复合材料

2.5.3 纳米管结构材料

2.5.4 NASA LaRc航天飞行器结构材料开发研究计划

 2.6 航天飞行器耐高温结构材料简述

 参考文献

第3章 热弹性力学基础

 3.1 弹性材料的应力、应变和温度的关系

3.1.1 各向同性体

3.1.2 非各向同性的其他弹性体

3.1.3 各向同性体的平面应力

 3.2 复合材料的应力、应变和温度的关系

3.2.1 单层板

3.2.2 层合板的应力和应变关系

 3.3 热弹性力学的控制方程

3.3.1 线性动量守恒方程

3.3.2 能量守恒方程

 参考文献

第4章 飞行器热结构基本元部件的应力分析

 4.1 杆与梁的应力分析

4.1.1 实心杆(梁)

4.1.2 开口截面薄壁杆

4.1.3 闭口截面薄壁杆

 4.2 板的应力分析

4.2.1 大挠度公式

4.2.2 小挠度公式

4.2.3 圆板的小挠度公式

4.2.4 层合板的平衡方程

4.2.5 柯利尔(Collier)的加筋壁板弯曲计算方法

 4.3 薄壳的热应力理论

4.3.1 旋转薄壳

4.3.2 圆筒壳

4.3.3 格栅壳结构

4.3.4 薄壳加强肋结构

4.3.5 层合壳

 参考文献

第5章 热结构计算的有限元法

 5.1 有限元法的基本原理及推导方法

5.1.1 一维问题

5.1.2 二维问题

5.1.3 三维问题

 5.2 单元的划分与集合

5.2.1 单元的类型和划分

5.2.2 单元的集合规则

 5.3 热结构弯曲的有限元法

5.3.1 梁弯曲的有限元法

5.3.2 薄板弯曲的有限元法

5.3.3 薄壳结构弯曲的有限元法

 5.4 热结构有限元法的计算机程序

5.4.1 输入数据

5.4.2 结构刚度的形成和计算

5.4.3 输出

5.4.4 计算实例

 参考文献

第6章 热振动

 6.1 梁的热振动

6.1.1 梁的非耦合热弯曲振动

6.1.2 梁的热耦合弯曲振动

 6.2 板的热振动

6.2.1 板的热弹性非耦合振动

6.2.2 板的热弹性耦合振动

 6.3 层合板的热振动

 6.4 层合板的非耦合热致振动的有限元解法

 参考文献

第7章 热屈曲

 7.1 梁柱的热屈曲

7.1.1 轴向固定梁的热屈曲

7.1.2 轴向固定梁的热弯曲——屈曲

 7.2 板的热屈曲

7.2.1 分支屈曲

7.2.2 后屈曲

 7.3 壳的热屈曲

7.3.1 圆柱壳的平衡公式

7.3.2 圆柱壳的热屈曲

7.3.3 圆柱壳在轴向温度场和扭矩下的热屈曲

 7.4 层合板的热屈曲

 7.5 加筋层压板的热屈曲

 参考文献

第8章 热冲击与热疲劳

 8.1 热冲击

8.1.1 热冲击的温度场

8.1.2 热冲击下的断裂

 8.2 热疲劳与寿命的估算

8.2.1 结构材料的热疲劳

8.2.2 结构元件的寿命估算

 参考文献

第9章 热非弹性的有关问题

 9.1 热弹塑性

 9.2 塑性蠕变

 9.3 黏弹性

9.3.1 等温的本构方程

9.3.2 变温的本构方程

 9.4 黏塑性

9.4.1 初边值黏塑性问题

9.4.2 有限元公式的建立

9.4.3 黏塑性解题方法

 参考文献

第10章 热结构气动加热模拟试验

 10.1 气动加热计算

10.1.1 CFD计算法

10.1.2 牛顿冷却定律

10.1.3 壁面对流换热系数的理论分析

10.1.4 艾克特参考温度(焓)法

10.1.5 TPATH计算程序

 10.2 热结构内的热传递

 10.3 结构表面的温度计算

 10.4 气动加热的地面模拟

10.4.1 原始模拟系统

10.4.2 现代模拟系统

10.4.3 高真空环境的模拟

10.4.4 热防护材料的抗烧蚀性能模拟试验

 参考文献

附录 组合结构和大型结构的热响应简介

 参考文献

编后语