飞行器高速飞行、或航天器重返大气层条件下，气动加热十分严重；在汽轮机、燃气轮机等各种发动机，以及核反应堆中，结构也始终处于载荷和高温的联合作用之下。根据热弹性力学，受热结构的热变形受到约束、或温度场不均匀时都会产生热应力，当热应力超过允许值时，就会导致结构发生破坏或因产生大变形而失效。

热结构分析的主要研究内容包括热皱损、热冲击响应、热疲劳、热诱发振动等。

⑴热皱损。薄壁结构在温度与载荷共同作用下发生的屈曲。一方面，热应力和载荷应力都是压应力时，总压应力大于载荷压应力；另一方面，升温导致弹性模量降低。这两方面因素都会降低结构的抗皱损能力。

⑵热冲击响应。结构中的热应力短时间内大幅度变动的现象。飞船返回舱重返大气层时外壁温度骤升，大尺寸金属板淬火时突然冷却，这些都能引起热冲击。热冲击能使结构产生应力波而导致破坏。突然冷却会使结构表面收缩并产生拉应力，使脆性材料产生裂纹，使韧性材料脆化断裂。另外，薄板结构、薄壳结构一侧受到热冲击时：如果热导率很小，则高温层很薄，低温层拉应力也较小；如果热导率很大，温度梯度小而产生均匀膨胀，结构也不破坏；但若热导率较大，高温层比较厚，低温层产生较大拉应力，就容易造成受拉面破坏。

⑶热疲劳。由温度交替变化、温度和载荷都交替变化或高温下载荷交替变化引起的材料或结构的疲劳。一般情况下，热应力交替变化会导致材料疲劳损伤；热应力和载荷应力叠加会加速结构材料的疲劳损伤；如果交替变化幅度较大，则反复塑性变形会使结构迅速疲劳。对受交替变化载荷结构，适当增高温度一般可延缓疲劳裂纹的扩展；但对过度老化、松弛、再结晶或高温下延性降低的材料，增温会使疲劳裂纹扩展。

⑷热诱发振动。结构在热冲击作用下会发生一定频率的振动。结构的温度对结构的刚度、阻尼都有很大的影响，因而也会影响频率和振幅。在分析热振动问题时，通常略去惯性力和应力对温度的影响。但在研究非线性振动时，必须考虑热应变的影响。

热结构分析比不考虑温度影响的结构分析更复杂，分析方法通常采用计算力学的有限元法等数值方法。热弹性力学揭示了变形场和温度场之间的耦合关系，但对于一般工程问题，可以只考虑温度场对于变形与应力的影响，而忽略变形对于温度场的影响。