结构的性能不仅仅取决于其机械特性，在很多情况下，热环境对结构的影响也至关重要。结构热分析就是一门研究结构和材料在热作用下温度分布以及热物理参数的学科，它为众多工程领域如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统和电子元件等的优化设计提供了关键依据。
一、结构热分析的基本理论
（一）热传递方式
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热传导
热传导是热量在物体内部或不同物体之间由于温度梯度而发生的传递现象。根据傅里叶定律，固体内部的热流是导热系数与温度梯度的乘积。导热系数可以是常量，也可能是温度的函数，这一特性在不同的热分析模型中需要准确考虑。 -
热对流
热对流是由于流体（如空气、液体）的宏观运动而引起的热量传递。在结构热分析中，对流换热系数将影响热对流的计算结果，且该系数有时可能与温度相关，需要在边界条件中正确设置。 -
热辐射
热辐射是物体由于具有温度而辐射电磁波的现象，物体的热辐射能力可以用热辐射系数来衡量，其取值范围在0到1之间。
（二）稳态与瞬态理论
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稳态理论
当系统的热流不随时间变化时，传热处于稳态。根据热力学第一定律，稳态热平衡可表示为能量输入 - 能量输出 = 0。在稳态热分析中，温度矩阵通过特定的矩阵方程求解，热载荷和温度解也不随时间变化，不考虑瞬态效应。 -
瞬态理论
与稳态分析不同，瞬态分析中的系统温度场随时间明显变化。这里的求解程序在加载方式上有显著区别于稳态分析之处，时间具有了确定的物理意义，分析过程可能是线性或非线性的，在非线性情况下，前处理方式与稳态非线性分析类似。
二、结构热分析中的载荷与边界条件
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热载荷
热载荷可以是常量或是温度的函数，包括热量的输入或损失等因素，例如内热源等情况。这些热载荷在构建热分析模型时需要准确施加。 -
边界条件
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固定温度边界条件下，结构某表面的温度被设定为固定值。
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对流边界条件，将对流换热系数等相关参数施加在结构表面，以模拟与流体的热交换情况。
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在涉及到热 - 结构耦合等耦合分析时，不同物理场的边界交互情况也需要在边界条件中考虑周全。
三、结构热分析的结果与后处理
结构热分析的结果主要是系统的温度分布，以及由温度分布导出的热物理参数，如热流密度、热梯度等。这些结果通过有限元法计算得到各节点的温度后进一步推导。后处理过程需要对这些结果进行分析，例如评估结构在热作用下的应力、变形情况（热 - 结构耦合时），判断结构是否满足设计要求，为工程设计和优化提供重要依据。
结构热分析在现代工程中具有不可忽视的重要性。通过深入理解其基本理论、正确设置载荷与边界条件，并准确解读结果与进行后处理，工程师能够更好地预测和优化结构在热环境下的性能，提高产品的可靠性、效率以及使用寿命，满足不断发展的工程需求。