2025年大學(xué)《智能體育工程》專業(yè)題庫——運(yùn)動裝備材料與工藝研發(fā)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號內(nèi)）1.下列哪種材料通常具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫和抗疲勞等優(yōu)點(diǎn)，常用于高端自行車車架和羽毛球拍桿？（）A.聚丙烯（PP）B.鋁合金（如6061-T6）C.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）D.青銅合金2.在3D打?。ㄔ霾闹圃欤┘夹g(shù)中，用于熔融和沉積金屬粉末以制造復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件的方法，最主要的是？（）A.光固化成型（SLA）B.熔融沉積成型（FDM）C.選擇性激光熔化（SLM）D.等離子噴射成型（EJS）3.運(yùn)動鞋中常用的高彈性、耐磨、透氣的纖維材料，主要屬于？（）A.合成纖維（如滌綸、尼龍）B.天然纖維（如棉、麻）C.再生纖維（如萊賽爾）D.功能性纖維（如氨綸、碳纖維）4.下列哪項(xiàng)不是影響運(yùn)動裝備材料選擇的關(guān)鍵因素？（）A.材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度、剛度、韌性）B.材料的成本和可加工性C.運(yùn)動員的個(gè)人喜好和顏色偏好D.材料的輕量化程度和環(huán)境友好性5.為提高金屬運(yùn)動器材（如自行車架、滑雪杖）的疲勞壽命和抗應(yīng)力集中能力，常采用的熱處理工藝是？（）A.淬火B(yǎng).退火C.回火D.激光表面改性6.用于制造需要快速吸能、減輕沖擊的防護(hù)裝備（如頭盔、護(hù)膝）的材料，應(yīng)優(yōu)先考慮其？（）A.硬度B.彈性模量C.能量吸收能力D.耐化學(xué)腐蝕性7.在智能運(yùn)動服中集成傳感器時(shí)，選擇纖維材料作為基底的主要優(yōu)勢是？（）A.高導(dǎo)電性B.良好的生物相容性C.可拉伸性，能與人體運(yùn)動同步D.超高的機(jī)械強(qiáng)度8.下列哪種制造工藝最適合生產(chǎn)具有復(fù)雜內(nèi)部通道或空腔結(jié)構(gòu)的運(yùn)動器材零件？（）A.注塑成型B.等離子弧焊接C.增材制造（3D打?。〥.擠出成型9.影響復(fù)合材料層間強(qiáng)度和整體性能的關(guān)鍵因素是？（）A.基體的粘結(jié)性能B.纖維的直徑大小C.材料的密度D.加工過程中的溫度控制10.在評估運(yùn)動裝備材料的耐候性時(shí)，主要關(guān)注其抵抗哪些環(huán)境因素影響的能力？（）A.高溫和低溫B.日光紫外線輻射和濕度變化C.化學(xué)物質(zhì)腐蝕D.以上都是二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上）1.運(yùn)動裝備材料的選擇應(yīng)遵循性能優(yōu)先、_______優(yōu)先、_______優(yōu)先等原則。2.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）主要由高強(qiáng)度的碳纖維和_______基體復(fù)合而成。3.3D打印技術(shù)相比傳統(tǒng)減材制造，其主要優(yōu)勢在于_______和_______。4.氨綸（Spandex/Elastane）是一種具有優(yōu)異_______和_______的彈性纖維。5.復(fù)合材料的性能通常具有各向異性，這意味著其性能在不同_______方向上可能存在差異。6.智能運(yùn)動裝備中常用的壓電材料，如PZT，其核心特性是在受到_______作用時(shí)能產(chǎn)生_______。7.熱塑性塑料（如PE、PP、ABS）在加熱時(shí)會_______，冷卻后會_______，而熱固性塑料在加熱或加入固化劑后會_______。8.表面涂層技術(shù)可以顯著改善運(yùn)動裝備材料的_______、_______和_______等性能。9.評估材料耐磨損性能的常用方法包括_______、磨耗試驗(yàn)等。10.運(yùn)動器材的輕量化設(shè)計(jì)是智能體育裝備開發(fā)的重要趨勢，通常通過選用_______材料、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及采用_______制造工藝來實(shí)現(xiàn)。三、名詞解釋題（每題3分，共12分。請給出簡潔、準(zhǔn)確的定義）1.比強(qiáng)度2.增材制造3.功能梯度材料4.環(huán)境應(yīng)力開裂（ESC）四、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述選擇運(yùn)動裝備材料時(shí)需要綜合考慮哪些主要因素。2.與傳統(tǒng)金屬材料相比，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）在運(yùn)動裝備中應(yīng)用的優(yōu)勢有哪些？3.簡述3D打印技術(shù)在制造智能運(yùn)動裝備傳感器或微型結(jié)構(gòu)方面可能的應(yīng)用方式。4.解釋什么是材料的環(huán)境應(yīng)力開裂（ESC）現(xiàn)象，并舉例說明其在運(yùn)動裝備中可能引發(fā)的問題。五、論述題（每題8分，共16分。請圍繞下列主題展開論述）1.論述導(dǎo)電纖維在智能運(yùn)動裝備（如智能服裝、運(yùn)動鞋）中的應(yīng)用潛力及其面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。2.結(jié)合具體運(yùn)動裝備的例子（如跑鞋、自行車架），論述材料選擇與制造工藝如何協(xié)同影響裝備的性能和用戶體驗(yàn)。六、案例分析題（12分）某公司計(jì)劃開發(fā)一款用于高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練（HIIT）的智能運(yùn)動服，該服裝需要集成心率傳感器、肌電傳感器，并要求具備良好的透氣性、舒適性和耐磨性。請分析：1.針對這款智能運(yùn)動服，在材料選擇上應(yīng)優(yōu)先考慮哪些類型的纖維及其原因？（4分）2.在制造工藝方面，除了常規(guī)的織物編織或針織外，是否可以引入其他先進(jìn)制造技術(shù)來提升服裝的功能性或性能？請舉例說明并闡述理由。（4分）3.在材料選擇和工藝設(shè)計(jì)過程中，需要特別關(guān)注哪些潛在的兼容性或集成性問題？（4分）試卷答案一、選擇題1.C2.C3.D4.C5.C6.C7.C8.C9.A10.D二、填空題1.成本，工藝可行2.熱塑性或熱固性3.材料利用率，制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)能力4.彈性，回彈性5.纖維6.機(jī)械應(yīng)力，電荷7.熔化，凝固，固化8.耐磨性，耐候性，抗腐蝕性9.磨損試驗(yàn)機(jī)10.低密度，增材制造三、名詞解釋題1.比強(qiáng)度：材料強(qiáng)度與其密度的比值，衡量材料在減輕重量前提下承受載荷能力的指標(biāo)。2.增材制造：與傳統(tǒng)的減材制造相反，通過添加材料（如粉末、熔融塑料、粘合劑等）層層構(gòu)建物體的一種制造技術(shù)，通常也稱為3D打印。3.功能梯度材料：一種沿某個(gè)方向或特定區(qū)域，其成分、結(jié)構(gòu)或性能連續(xù)、漸變變化的復(fù)合材料，能夠?qū)崿F(xiàn)材料性能與結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。4.環(huán)境應(yīng)力開裂（ESC）：指材料在低于其常規(guī)環(huán)境應(yīng)力開裂強(qiáng)度（ESC強(qiáng)度）的應(yīng)力水平下，由于環(huán)境介質(zhì)（如水）的作用，在表面缺陷（如裂紋尖、孔洞）處發(fā)生應(yīng)力集中導(dǎo)致的脆性斷裂現(xiàn)象。四、簡答題1.選擇運(yùn)動裝備材料時(shí)需綜合考慮：①力學(xué)性能（強(qiáng)度、剛度、韌性、疲勞壽命等，需滿足特定運(yùn)動場景要求）；②輕量化（高比強(qiáng)度、比模量）；③舒適性（透氣性、吸濕排汗性、柔軟度、彈性等）；④耐久性（耐磨、耐疲勞、耐候、耐化學(xué)腐蝕等）；⑤成本與可加工性；⑥環(huán)保性與可持續(xù)性；⑦與人體生物相容性；⑧智能化集成潛力（如導(dǎo)電性、傳感性等）。2.CFRP優(yōu)勢：①極輕，顯著降低裝備重量，提高運(yùn)動表現(xiàn)；②高比強(qiáng)度和高比模量，提供優(yōu)異的剛度且重量輕；③耐疲勞性能優(yōu)異，使用壽命長；④抗腐蝕能力強(qiáng)，無需保養(yǎng)；⑤可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀；⑥熱膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定性好。3.3D打印技術(shù)在智能運(yùn)動裝備中的應(yīng)用：①制造微型化、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的傳感器或執(zhí)行器，如集成在服裝內(nèi)的柔性傳感器節(jié)點(diǎn)；②打印具有特定功能梯度或孔隙結(jié)構(gòu)的緩沖材料，如跑鞋中變密度中底；③快速原型制作，用于測試智能服裝或裝備的設(shè)計(jì)和集成方案；④直接打印包含導(dǎo)電通路或電路的智能元件。4.環(huán)境應(yīng)力開裂（ESC）：是指材料在低于其常規(guī)環(huán)境應(yīng)力開裂強(qiáng)度（ESC強(qiáng)度）的水平下，由于環(huán)境介質(zhì)（如水）的侵入和應(yīng)力集中（通常在表面裂紋或孔洞處），導(dǎo)致發(fā)生的脆性斷裂現(xiàn)象。在運(yùn)動裝備中，例如，含有潛在裂紋的護(hù)膝塑料部件在潮濕環(huán)境下若仍承受一定應(yīng)力，可能發(fā)生ESC而突然失效，危及運(yùn)動員安全。五、論述題1.導(dǎo)電纖維應(yīng)用潛力：智能運(yùn)動裝備通過集成導(dǎo)電纖維可實(shí)現(xiàn)：①實(shí)時(shí)生理數(shù)據(jù)監(jiān)測（如心率、呼吸、肌電信號采集）；②裝備狀態(tài)監(jiān)測（如電池電量、連接狀態(tài)）；③抗干擾信號傳輸；④實(shí)現(xiàn)服裝的柔性電路和加熱/制冷功能；⑤制造自修復(fù)或自適應(yīng)的智能材料。應(yīng)用挑戰(zhàn)：①導(dǎo)電性與舒適性（柔軟度、透氣性）的平衡；②纖維的耐用性和長期穩(wěn)定性（抗磨損、抗彎折、耐洗滌）；③傳感器集成密度與信號處理的復(fù)雜性；④不同導(dǎo)電纖維間的兼容性及與基材的結(jié)合力；⑤成本問題；⑥確保信號的準(zhǔn)確性和可靠性。2.材料與工藝協(xié)同影響：以跑鞋為例，鞋底材料選擇（如EVA提供緩沖、橡膠提供抓地力、碳纖維板提供支撐）與制造工藝（如注塑成型EVA、模壓成型橡膠大底、熱壓或膠合固定碳纖維板）緊密協(xié)同。材料選擇決定了鞋底的基本性能（緩沖、耐磨、輕量化），而工藝則決定了這些性能的實(shí)現(xiàn)程度和結(jié)構(gòu)完整性。例如，碳纖維板的布局和固定工藝直接影響支撐性能和抗扭轉(zhuǎn)能力；EVA中底的材料配方和發(fā)泡工藝決定了緩沖效果的軟硬度和回彈性；外底橡膠材料的選擇與模壓工藝共同決定了抓地力和耐磨性。若材料與工藝不匹配（如碳纖維板與EVA粘合工藝不佳導(dǎo)致易脫落），則性能無法充分發(fā)揮，甚至產(chǎn)生安全隱患，用戶體驗(yàn)會大打折扣。同樣，制造工藝的選擇也會反過來影響材料性能的發(fā)揮（如3D打印可制造復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)以優(yōu)化緩沖或減輕重量，但材料強(qiáng)度可能受打印工藝影響）。六、案例分析題1.智能HIIT運(yùn)動服材料選擇分析：應(yīng)優(yōu)先考慮具有高彈性（如氨綸）以適應(yīng)劇烈運(yùn)動，保證舒適度和活動自由度；選擇高透氣性、高吸濕排汗性的纖維（如Coolmax、Moisture-wicking聚酯纖維）以應(yīng)對HIIT產(chǎn)生的大量汗液，保持皮膚干爽；考慮耐磨性（如尼龍）以承受高強(qiáng)度訓(xùn)練的摩擦；優(yōu)先選用柔性纖維（如滌綸、錦綸長絲），便于集成柔性傳感器；若需集成導(dǎo)電纖維，則需確保其導(dǎo)電性、柔性、耐用性和與主體纖維的良好兼容性。2.先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)用分析：可以引入增材制造（3D打?。┘夹g(shù)。例如，打印集成電極或傳感器的柔性元件，實(shí)現(xiàn)服裝內(nèi)傳感器的定制化布局和輕量化集成；打印具有變密度或梯度結(jié)構(gòu)的支撐層或緩沖區(qū)域，優(yōu)化局部支撐性能；打印復(fù)雜形狀的裝飾件或結(jié)構(gòu)件，同時(shí)集成導(dǎo)線通道等。理由：增材制造能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝難以達(dá)到的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和功能集成，柔性材料打印可適應(yīng)服裝曲面，有助于提升