热屈曲是航天器设计中经常遇到的问题,对于含开口薄壁杆件的大型空间柔性结构来说,热屈曲问题尤为严重。目前热引起结构弯扭耦合屈曲的机理尚未得到充分的阐明。而本文的工作说明,在研究这个问题时开口薄壁杆件本身的特性是必须加以考虑的因素。本文发展了一种包含翘曲自由度的二节点开口薄壁杆单元。该单元可以综合考虑约束扭转与弯扭耦合的影响,并在大变形分析的几何刚度阵中考虑了热应力的影响。在此基础上,本文将该新型单元与其它传统梁单元相结合,发展了一种计算含开口薄壁杆件的大型空间杆系结构热变形以及热屈曲的有限元方法。对于热变形计算,可以考虑杆件截面内非均匀分布的温度场所产生的热力矩以及热双力矩的作用;对于热屈曲分析,给出了复杂结构在一定温度场下的热屈曲问题提法。上述方法已经被编成了相应的有限元计算程序,并且进行了若干计算。对简单梁模型算例,用本文方法所求得的各阶屈曲特征值和屈曲模态与ANSYS二维薄壳有限元解吻合甚好。这表明该开口薄壁杆单元具有良好的适用性。计算结果同时表明在考虑开口薄壁杆的特性之后,杆件的弯扭耦合热屈曲将先于弯曲型屈曲发生。本文进一步对哈勃太空望远镜太阳帆板的简化模型进行了大变形与屈曲分析。用本文的程序计算所得的变形以及预应力屈曲临界值和前人使用解析方法所得到的近似解基本符合,从而进一步验证了本文计算方案的正确性。最后本文利用相同的方法对哈勃太空望远镜太阳能帆板进行了热屈曲分析,成功地解释了热使该太阳帆板发生扭转屈曲的原因。