航空航天材料功能要求分析試卷姓名_________________________地址_______________________________學(xué)號(hào)______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------線--------------------------1.請(qǐng)首先在試卷的標(biāo)封處填寫(xiě)您的姓名，身份證號(hào)和地址名稱(chēng)。2.請(qǐng)仔細(xì)閱讀各種題目，在規(guī)定的位置填寫(xiě)您的答案。一、選擇題1.航空航天材料的基本功能指標(biāo)包括：

A.硬度、韌性、耐磨性

B.熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性、導(dǎo)電性

C.強(qiáng)度、剛度、韌性

D.熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)電性、磁導(dǎo)率

2.航空航天材料在高溫下的主要功能要求是：

A.熱膨脹系數(shù)小

B.熱穩(wěn)定性好

C.耐腐蝕性強(qiáng)

D.導(dǎo)電性好

3.航空航天材料在低溫下的主要功能要求是：

A.熱膨脹系數(shù)小

B.熱穩(wěn)定性好

C.耐腐蝕性強(qiáng)

D.導(dǎo)電性好

4.下列哪種材料適用于航空航天結(jié)構(gòu)件？

A.鋼鐵

B.鋁合金

C.鈦合金

D.不銹鋼

5.航空航天材料在振動(dòng)環(huán)境下的主要功能要求是：

A.阻尼特性好

B.抗疲勞功能強(qiáng)

C.耐磨損性好

D.耐腐蝕性強(qiáng)的

答案及解題思路：

1.答案：C

解題思路：航空航天材料的基本功能指標(biāo)通常包括強(qiáng)度、剛度和韌性，這些指標(biāo)是評(píng)價(jià)材料是否適合航空航天應(yīng)用的關(guān)鍵。

2.答案：B

解題思路：在高溫環(huán)境下，材料的熱穩(wěn)定性尤為重要，因?yàn)樗軌虮ＷC結(jié)構(gòu)在高溫下的可靠性。

3.答案：A

解題思路：低溫環(huán)境下，材料的熱膨脹系數(shù)小可以減少由于溫度變化引起的尺寸變化，從而保持結(jié)構(gòu)的完整性。

4.答案：C

解題思路：鈦合金因其高強(qiáng)度、低密度和良好的耐腐蝕性，是航空航天結(jié)構(gòu)件的理想材料。

5.答案：B

解題思路：在振動(dòng)環(huán)境下，材料的抗疲勞功能是關(guān)鍵，因?yàn)樗軌虻挚狗磸?fù)應(yīng)力導(dǎo)致的疲勞裂紋和斷裂。二、填空題1.航空航天材料在高溫下的主要功能要求是_________、_________、_________。

答案：抗氧化性、熱穩(wěn)定性、高溫強(qiáng)度

解題思路：高溫環(huán)境下，材料需要具備抗氧化性以防止腐蝕，熱穩(wěn)定性保證材料在高溫下的結(jié)構(gòu)完整性，高溫強(qiáng)度保證材料在高負(fù)荷下的承載能力。

2.航空航天材料在低溫下的主要功能要求是_________、_________、_________。

答案：低脆性、韌性、良好的低溫沖擊韌性

解題思路：低溫環(huán)境下，材料需具備低脆性以防止脆性斷裂，韌性保證材料在低溫下的形變能力，低溫沖擊韌性保證材料在低溫沖擊載荷下的安全性。

3.航空航天材料在振動(dòng)環(huán)境下的主要功能要求是_________、_________、_________。

答案：良好的動(dòng)態(tài)疲勞功能、低的振動(dòng)噪聲、穩(wěn)定的尺寸和形狀

解題思路：振動(dòng)環(huán)境下，材料需具備良好的動(dòng)態(tài)疲勞功能以抵抗循環(huán)載荷的疲勞破壞，低的振動(dòng)噪聲保證飛行器的噪音水平，穩(wěn)定的尺寸和形狀保證結(jié)構(gòu)在振動(dòng)中的穩(wěn)定性。

4.下列材料中，屬于航空航天常用高溫合金的是_________。

答案：鎳基合金

解題思路：鎳基合金因其優(yōu)異的高溫功能，廣泛用于航空航天領(lǐng)域，如渦輪葉片和燃燒室部件。

5.下列材料中，屬于航空航天常用耐腐蝕合金的是_________。

答案：不銹鋼

解題思路：不銹鋼因其良好的耐腐蝕功能，適用于航空航天中的多種環(huán)境，例如發(fā)動(dòng)機(jī)外殼和燃油系統(tǒng)組件。三、判斷題1.航空航天材料在高溫下的主要功能要求是熱膨脹系數(shù)小。（）

2.航空航天材料在低溫下的主要功能要求是熱穩(wěn)定性好。（）

3.航空航天材料在振動(dòng)環(huán)境下的主要功能要求是阻尼特性好。（）

4.鋼鐵適用于航空航天結(jié)構(gòu)件。（）

5.鈦合金適用于航空航天結(jié)構(gòu)件。（）

答案及解題思路：

1.答案：√

解題思路：航空航天材料在高溫下需要保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)小可以減少因溫度變化引起的尺寸變化，從而保證結(jié)構(gòu)的完整性。因此，熱膨脹系數(shù)小是高溫下材料的主要功能要求。

2.答案：√

解題思路：在低溫環(huán)境下，材料的熱穩(wěn)定性好可以避免因溫度降低而導(dǎo)致的功能下降，如脆性增加、強(qiáng)度降低等。因此，熱穩(wěn)定性好是低溫下材料的主要功能要求。

3.答案：√

解題思路：航空航天器在飛行過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷各種振動(dòng)環(huán)境，良好的阻尼特性可以減少振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的損害，提高材料的疲勞壽命。因此，阻尼特性好是振動(dòng)環(huán)境下材料的主要功能要求。

4.答案：×

解題思路：雖然鋼鐵具有較高的強(qiáng)度和硬度，但在航空航天領(lǐng)域，其密度較大，不利于減輕重量，提高飛行器的功能。因此，鋼鐵不適用于航空航天結(jié)構(gòu)件。

5.答案：√

解題思路：鈦合金具有較高的強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性和良好的耐熱性，且密度較小，是航空航天結(jié)構(gòu)件的理想材料。因此，鈦合金適用于航空航天結(jié)構(gòu)件。四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述航空航天材料在高溫、低溫、振動(dòng)環(huán)境下的主要功能要求。

答案：

高溫環(huán)境下的功能要求：航空航天材料在高溫環(huán)境下應(yīng)具備高熔點(diǎn)、良好的抗氧化性、耐熱疲勞性和高溫強(qiáng)度。

低溫環(huán)境下的功能要求：在低溫環(huán)境下，材料應(yīng)具備良好的低溫韌性，以防止脆斷現(xiàn)象。

振動(dòng)環(huán)境下的功能要求：航空航天材料在振動(dòng)環(huán)境下應(yīng)具有良好的抗振性、阻尼功能和穩(wěn)定性。

解題思路：

分析航空航天器在不同環(huán)境下可能遇到的問(wèn)題，如高溫導(dǎo)致的氧化、腐蝕，低溫導(dǎo)致的材料脆性，以及振動(dòng)引起的疲勞損傷，從而總結(jié)出材料在這些環(huán)境下的主要功能要求。

2.簡(jiǎn)述航空航天常用高溫合金的特點(diǎn)。

答案：

高熔點(diǎn)：能夠承受高溫環(huán)境下的使用要求。

良好的抗氧化性和耐腐蝕性：在高溫和腐蝕性環(huán)境中保持材料的穩(wěn)定性和使用壽命。

高強(qiáng)度和硬度：滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)部件對(duì)強(qiáng)度的要求。

良好的熱穩(wěn)定性：在高溫環(huán)境下保持尺寸穩(wěn)定。

解題思路：

根據(jù)高溫合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用背景，總結(jié)其關(guān)鍵特點(diǎn)，如熔點(diǎn)、抗氧化性、強(qiáng)度和穩(wěn)定性等。

3.簡(jiǎn)述航空航天常用耐腐蝕合金的特點(diǎn)。

答案：

良好的耐腐蝕性：在腐蝕性環(huán)境中保持材料的功能穩(wěn)定。

高強(qiáng)度：滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)部件的強(qiáng)度要求。

良好的焊接功能：便于制造和維修。

良好的耐疲勞性：在循環(huán)載荷下保持材料的穩(wěn)定性。

解題思路：

分析耐腐蝕合金在航空航天環(huán)境中的需求，如腐蝕防護(hù)、強(qiáng)度保證和焊接工藝等，總結(jié)其特點(diǎn)。

4.簡(jiǎn)述航空航天材料在力學(xué)功能方面的要求。

答案：

高強(qiáng)度和硬度：滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)部件的承載需求。

良好的韌性：防止脆斷和延展斷裂。

抗疲勞性：在循環(huán)載荷下保持材料的完整性。

良好的斷裂韌性：防止裂紋的擴(kuò)展。

解題思路：

根據(jù)航空航天器在飛行中的力學(xué)環(huán)境，分析材料需要具備的力學(xué)功能，如強(qiáng)度、韌性、疲勞性和斷裂韌性。

5.簡(jiǎn)述航空航天材料在物理功能方面的要求。

答案：

適當(dāng)?shù)拿芏龋簻p輕結(jié)構(gòu)重量，提高燃油效率。

良好的導(dǎo)熱性：保證熱量的有效傳遞和散熱。

電磁兼容性：避免電磁干擾，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

適當(dāng)?shù)拇判裕悍乐勾鸥蓴_，特別是在高磁場(chǎng)環(huán)境下。

解題思路：

結(jié)合航空航天器的物理環(huán)境和系統(tǒng)需求，分析材料在物理功能方面的要求，如密度、導(dǎo)熱性、電磁兼容性和磁性。五、論述題1.結(jié)合實(shí)際，論述航空航天材料在高溫、低溫、振動(dòng)環(huán)境下的功能要求及相應(yīng)材料的選擇。

高溫環(huán)境下的功能要求：

航空航天器在高溫環(huán)境下需要承受極高的溫度，如發(fā)動(dòng)機(jī)噴口、燃燒室等部位。材料需具備以下功能：

1.高熔點(diǎn)：防止材料在高溫下熔化。

2.良好的抗氧化性：防止材料在高溫下氧化。

3.良好的熱膨脹系數(shù)：減少因溫度變化引起的結(jié)構(gòu)變形。

相應(yīng)材料選擇：鎳基高溫合金、鈦合金等。

低溫環(huán)境下的功能要求：

航空航天器在低溫環(huán)境下需要承受極低的溫度，如衛(wèi)星、火箭等。材料需具備以下功能：

1.良好的低溫韌性：防止材料在低溫下脆斷。

2.良好的抗沖擊性：防止材料在低溫下因沖擊而損壞。

3.良好的導(dǎo)電性：保證低溫環(huán)境下電子設(shè)備的正常工作。

相應(yīng)材料選擇：低溫鋼、低溫鋁合金等。

振動(dòng)環(huán)境下的功能要求：

航空航天器在飛行過(guò)程中會(huì)承受各種振動(dòng)，如發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)、空氣動(dòng)力學(xué)振動(dòng)等。材料需具備以下功能：

1.良好的抗疲勞功能：防止材料在振動(dòng)下疲勞斷裂。

2.良好的抗沖擊功能：防止材料在振動(dòng)下因沖擊而損壞。

3.良好的減振功能：降低振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

相應(yīng)材料選擇：復(fù)合材料、高強(qiáng)度鋼等。

2.分析航空航天材料在力學(xué)功能、物理功能方面的要求，并舉例說(shuō)明。

力學(xué)功能要求：

航空航天材料需具備以下力學(xué)功能：

1.高強(qiáng)度：保證結(jié)構(gòu)在受力時(shí)不易變形。

2.高硬度：提高材料的耐磨性。

3.良好的韌性：防止材料在受力時(shí)脆斷。

舉例說(shuō)明：鈦合金、高強(qiáng)度鋼等。

物理功能要求：

航空航天材料需具備以下物理功能：

1.良好的導(dǎo)電性：保證電子設(shè)備的正常工作。

2.良好的導(dǎo)熱性：保證熱傳導(dǎo)效率。

3.良好的磁性：滿(mǎn)足電磁兼容性要求。

舉例說(shuō)明：銅、鋁、鐵等。

3.論述航空航天材料在耐腐蝕功能方面的要求，并舉例說(shuō)明。

耐腐蝕功能要求：

航空航天材料在惡劣環(huán)境中需具備以下耐腐蝕功能：

1.良好的耐腐蝕性：防止材料在腐蝕環(huán)境下?lián)p壞。

2.良好的耐氧化性：防止材料在高溫氧化環(huán)境下?lián)p壞。

3.良好的耐鹽霧性：防止材料在鹽霧環(huán)境下?lián)p壞。

舉例說(shuō)明：不銹鋼、耐腐蝕合金等。

4.分析航空航天材料在熱功能方面的要求，并舉例說(shuō)明。

熱功能要求：

航空航天材料在高溫、低溫環(huán)境下需具備以下熱功能：

1.良好的熱穩(wěn)定性：防止材料在溫度變化下變形。

2.良好的熱傳導(dǎo)性：保證熱傳導(dǎo)效率。

3.良好的熱膨脹系數(shù)：減少因溫度變化引起的結(jié)構(gòu)變形。

舉例說(shuō)明：高溫合金、低溫鋼等。

5.結(jié)合實(shí)際，論述航空航天材料在力學(xué)功能、物理功能、熱功能方面的綜合要求。

綜合要求：

航空航天材料需在力學(xué)功能、物理功能、熱功能等方面滿(mǎn)足綜合要求：

1.在力學(xué)功能方面，要求材料具備高強(qiáng)度、高硬度、良好的韌性等。

2.在物理功能方面，要求材料具備良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、磁性等。

3.在熱功能方面，要求材料具備良好的熱穩(wěn)定性、熱傳導(dǎo)性、熱膨脹系數(shù)等。

舉例說(shuō)明：高溫合金、復(fù)合材料等。

答案及解題思路：

答案：

1.高溫環(huán)境下的材料選擇：鎳基高溫合金、鈦合金等；低溫環(huán)境下的材料選擇：低溫鋼、低溫鋁合金等；振動(dòng)環(huán)境下的材料選擇：復(fù)合材料、高強(qiáng)度鋼等。

2.力學(xué)功能：高強(qiáng)度、高硬度、良好的韌性；物理功能：良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、磁性；舉例說(shuō)明：鈦合金、高強(qiáng)度鋼、銅、鋁、鐵等。

3.耐腐蝕功能：良好的耐腐蝕性、耐氧化性、耐鹽霧性；舉例說(shuō)明：不銹鋼、耐腐蝕合金等。

4.熱功能：良好的熱穩(wěn)定性、熱傳導(dǎo)性、熱膨脹系數(shù)；舉例說(shuō)明：高溫合金、低溫鋼等。

5.綜合要求：在力學(xué)功能、物理功能、熱功能等方面滿(mǎn)足要求；舉例說(shuō)明：高溫合金、復(fù)合材料等。

解題思路：

1.分析航空航天材料在不同環(huán)境下的功能要求，了解材料選擇的原則。

2.結(jié)合實(shí)際案例，闡述航空航天材料在力學(xué)功能、物理功能、熱功能方面的要求。

3.總結(jié)航空航天材料在綜合功能方面的要求，并舉例說(shuō)明。六、計(jì)算題1.某航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片材料，在工作溫度下，材料的彈性模量為210GPa，泊松比為0.3，求該材料的剪切模量。

解答：

剪切模量（G）的計(jì)算公式為：\[G=\frac{E}{2(1\nu)}\]

其中，E為彈性模量，ν為泊松比。

代入已知數(shù)值：

\[G=\frac{210\times10^9\,\text{Pa}}{2(10.3)}\]

\[G=\frac{210\times10^9}{2\times1.3}\]

\[G=\frac{210\times10^9}{2.6}\]

\[G=80.77\times10^9\,\text{Pa}\]

\[G=80.77\,\text{GPa}\]

2.某航空航天結(jié)構(gòu)件，在工作溫度下，材料的屈服強(qiáng)度為500MPa，抗拉強(qiáng)度為600MPa，求該材料的強(qiáng)度比。

解答：

強(qiáng)度比（R_s）的計(jì)算公式為：\[R_s=\frac{\text{抗拉強(qiáng)度}}{\text{屈服強(qiáng)度}}\]

代入已知數(shù)值：

\[R_s=\frac{600\,\text{MPa}}{500\,\text{MPa}}\]

\[R_s=1.2\]

3.某航空航天材料，在室溫下的熱膨脹系數(shù)為12×10^6/℃，求該材料在100℃時(shí)的熱膨脹系數(shù)。

解答：

熱膨脹系數(shù)（α）通常視為常數(shù)，但在實(shí)際應(yīng)用中，溫度變化會(huì)影響熱膨脹系數(shù)。在沒(méi)有具體溫度依賴(lài)關(guān)系的情況下，假設(shè)熱膨脹系數(shù)在100℃時(shí)不變。

因此，該材料在100℃時(shí)的熱膨脹系數(shù)仍為：\[\alpha=12\times10^{6}\,\text{℃}^{1}\]

4.某航空航天材料，在室溫下的導(dǎo)電率為5×10^5S/m，求該材料在50℃時(shí)的導(dǎo)電率。

解答：

導(dǎo)電率（σ）通常隨溫度變化而變化，但具體的溫度依賴(lài)關(guān)系需要根據(jù)材料特性確定。如果沒(méi)有具體數(shù)據(jù)，無(wú)法直接計(jì)算。

因此，需要材料在50℃時(shí)的導(dǎo)電率具體數(shù)據(jù)或其溫度依賴(lài)關(guān)系才能進(jìn)行計(jì)算。

5.某航空航天材料，在室溫下的磁導(dǎo)率為1.1，求該材料在200℃時(shí)的磁導(dǎo)率。

解答：

磁導(dǎo)率（μ）通常隨溫度變化而變化，但具體的溫度依賴(lài)關(guān)系需要根據(jù)材料特性確定。如果沒(méi)有具體數(shù)據(jù)，無(wú)法直接計(jì)算。

因此，需要材料在200℃時(shí)的磁導(dǎo)率具體數(shù)據(jù)或其溫度依賴(lài)關(guān)系才能進(jìn)行計(jì)算。

答案及解題思路：

1.剪切模量：80.77GPa。通過(guò)彈性模量和泊松比計(jì)算得到。

2.強(qiáng)度比：1.2。通過(guò)抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度計(jì)算得到。

3.熱膨脹系數(shù)：12×10^6/℃。假設(shè)熱膨脹系數(shù)在100℃時(shí)不變。

4.導(dǎo)電率：無(wú)法計(jì)算。需要材料在50℃時(shí)的導(dǎo)電率具體數(shù)據(jù)。

5.磁導(dǎo)率：無(wú)法計(jì)算。需要材料在200℃時(shí)的磁導(dǎo)率具體數(shù)據(jù)。七、應(yīng)用題1.某航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，工作溫度為600℃，要求葉片材料的抗拉強(qiáng)度不低于700MPa，求該材料的最小彈性模量。

解題步驟：

a.根據(jù)胡克定律，抗拉強(qiáng)度\(\sigma\)與彈性模量\(E\)和應(yīng)變\(\varepsilon\)的關(guān)系為\(\sigma=E\varepsilon\)。

b.應(yīng)變\(\varepsilon\)可以通過(guò)葉片的變形量\(\DeltaL\)和原始長(zhǎng)度\(L\)來(lái)計(jì)算，即\(\varepsilon=\frac{\DeltaL}{L}\)。

c.由于題目未給出具體的變形量，我們假設(shè)在最大抗拉強(qiáng)度下，葉片的應(yīng)變\(\varepsilon\)為0.02（這是一個(gè)常見(jiàn)的假設(shè)值，表示2%的應(yīng)變）。

d.將抗拉強(qiáng)度\(\sigma=700\)MPa和應(yīng)變\(\varepsilon=0.02\)代入胡克定律，解出彈性模量\(E\)。

答案：

\(E=\frac{\sigma}{\varepsilon}=\frac{700\text{MPa}}{0.02}=35,000\text{MPa}\)

2.某航空航天結(jié)構(gòu)件，在工作溫度下，要求材料的屈服強(qiáng)度不低于500MPa，抗拉強(qiáng)度不低于600MPa，求該材料的最大熱膨脹系數(shù)。

解題步驟：

a.熱膨脹系數(shù)\(\alpha\)與材料的物理性質(zhì)和溫度變化有關(guān)，通常在材料手冊(cè)中查找。

b.由于題目未提供具體的熱膨脹系數(shù)，我們無(wú)法直接計(jì)算最大熱膨脹系數(shù)。

c.假設(shè)已知材料的熱膨脹系數(shù)為\(\alpha\)，則需保證在給定的工作溫度下，材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

答案：

無(wú)法直接計(jì)算，需查閱材料手冊(cè)獲取熱膨脹系數(shù)。

3.某航空航天材料，在室溫下的熱膨脹系數(shù)為10×10^6/℃，要求該材料在200℃時(shí)的熱膨脹系數(shù)不超過(guò)15×10^6/℃，求該材料在200℃時(shí)的最大熱膨脹系數(shù)。

解題步驟：

a.熱膨脹系數(shù)隨溫度變化的公式為\(\alpha(T)=\alpha_0\beta(TT_0)\)，其中\(zhòng)(\alpha_0\)為室溫下的熱膨脹系數(shù)，\(\beta\)為溫度依賴(lài)系數(shù)，\(T_0\)為室溫。

b.代入已知值\(\alpha_0=10\times10^{6}\text{/℃}\)，\(T_0=20\text{℃}\)，\(T=200\text{℃}\)，\(\alpha(T)\leq15\times10^{6}\text{/℃}\)。

c.解方程求得\(\beta\)。

答案：

\(\alpha(200)=10\times10^{6}\beta(20020)\leq15\times10^{6}\)

\(\beta\leq\fra