2025年大學(xué)《智能體育工程》專業(yè)題庫——智能體育裝備材料與制造考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題列出的四個選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是最符合題目要求的。請將正確選項(xiàng)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、高比模量和優(yōu)異的耐疲勞性能，是高端智能自行車車架的理想選擇？A.鋁合金B(yǎng).玻璃纖維增強(qiáng)塑料C.碳纖維增強(qiáng)塑料D.鈦合金2.用于制造需要快速吸能和恢復(fù)形狀的智能運(yùn)動護(hù)具，以下哪種材料特性最為關(guān)鍵？A.高彈性模量B.高韌性C.良好的耐磨性D.超高強(qiáng)度3.在智能服裝中集成柔性傳感器，對傳感材料的哪個特性要求最高？A.高導(dǎo)電率B.高導(dǎo)熱率C.良好的柔韌性D.高密度4.下列哪種制造工藝最適合生產(chǎn)形狀復(fù)雜、內(nèi)部結(jié)構(gòu)精密的個性化智能運(yùn)動鞋中底？A.注塑成型B.模壓成型C.增材制造（3D打印）D.繞纏成型5.將碳纖維布層壓成體育器材（如網(wǎng)球拍、羽毛球拍）時，通常需要用到哪種輔助材料？A.有機(jī)粘合劑B.無機(jī)粘合劑C.水性涂料D.導(dǎo)電膏6.智能體育器材的輕量化設(shè)計(jì)，主要考慮減輕材料的哪種屬性？A.彈性模量B.密度C.硬度D.熱導(dǎo)率7.制造包含內(nèi)部復(fù)雜電子元件的智能體育設(shè)備（如智能手表、心率帶）時，常采用哪種封裝技術(shù)以保護(hù)內(nèi)部元件？A.真空鍍膜B.塑料注塑封裝C.氣相沉積D.熱壓燒結(jié)8.下列哪種制造方法最能實(shí)現(xiàn)高性能復(fù)合材料的一體化成型，減少連接環(huán)節(jié)？A.拉擠成型B.纖維纏繞成型C.模壓成型D.增材制造（3D打?。?.提高智能體育裝備中傳感器信號傳輸可靠性的關(guān)鍵措施之一是選擇合適的什么材料？A.絕緣材料B.導(dǎo)電材料C.絕熱材料D.隔音材料10.在考慮智能體育裝備的可持續(xù)性時，以下哪種材料或制造工藝更符合環(huán)保要求？A.使用一次性發(fā)泡塑料B.采用可回收的金屬材料C.使用需要大量能源生產(chǎn)的碳纖維D.使用對環(huán)境有污染的化學(xué)粘合劑二、填空題（每空2分，共20分。請將正確答案填在橫線上。）1.智能體育裝備中常用的__________纖維以其高強(qiáng)度、高模量和輕質(zhì)特性而備受關(guān)注。2.為了使智能服裝舒適透氣，常選用具有高_(dá)_________和良好生物相容性的纖維材料。3.在復(fù)合材料制造中，__________是將纖維鋪層按照特定順序和角度排列的過程。4.3D打印技術(shù)也稱為__________，在智能體育裝備制造中可用于快速原型制作和個性化定制。5.評估智能運(yùn)動鞋中底緩沖性能的關(guān)鍵指標(biāo)是__________和能量恢復(fù)率。6.某些智能手套利用__________材料來感知手指的細(xì)微動作。7.制造碳纖維自行車架時，常采用__________樹脂作為基體材料。8.為了防止智能設(shè)備在運(yùn)動中因沖擊而損壞，其外殼材料需要具備良好的__________。9.制造過程中，控制__________工藝參數(shù)對于獲得均勻、致密的復(fù)合材料部件至關(guān)重要。10.將導(dǎo)電纖維或碳納米管融入橡膠中，可以制備出具有__________功能的智能彈性體材料。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。請給出下列名詞的精確定義或解釋。）1.比強(qiáng)度2.智能材料3.增材制造4.絕緣等級5.材料疲勞四、簡答題（每小題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）相比于鋁合金在制造高性能智能自行車架時的主要優(yōu)勢。2.簡述在智能體育裝備中應(yīng)用導(dǎo)電纖維或碳納米管的主要目的。3.簡述增材制造（3D打?。┘夹g(shù)在制造個性化智能矯形器方面的優(yōu)勢。4.簡述選擇智能體育裝備外殼材料時需要考慮的主要因素。五、論述題（每小題10分，共20分。請就下列問題展開論述。）1.論述將傳感器集成到智能體育裝備材料與制造過程中的主要挑戰(zhàn)及其應(yīng)對思路。2.論述在智能體育裝備的設(shè)計(jì)中，如何平衡材料性能、制造工藝、成本和可持續(xù)性之間的關(guān)系。六、方案設(shè)計(jì)題（共15分。）針對一項(xiàng)具體的智能體育應(yīng)用場景（如智能跑鞋、智能游泳衣、智能球拍中的某一項(xiàng)），請簡述其可能選用的關(guān)鍵材料、核心制造工藝，并說明如何將智能功能（如姿態(tài)監(jiān)測、生理信號采集、力度反饋等）通過材料與制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)集成。試卷答案-----------------------------------------------------一、選擇題1.C解析思路：碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）具有極高的比強(qiáng)度和比模量，且耐疲勞性能優(yōu)異，同時密度相對較低，非常適合要求輕量化和高性能的智能自行車車架。2.B解析思路：智能運(yùn)動護(hù)具的核心功能是保護(hù)運(yùn)動員，需要吸收和分散沖擊能量，同時允許一定的恢復(fù)形變，因此高韌性是關(guān)鍵特性。3.C解析思路：柔性傳感器需要能夠隨人體皮膚彎曲變形而正常工作，因此材料必須具有良好的柔韌性，否則會斷裂或失效。4.C解析思路：增材制造（3D打?。┘夹g(shù)可以根據(jù)數(shù)字模型逐層構(gòu)建物體，能夠方便地制造出復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，非常適合個性化定制的復(fù)雜零件，如智能運(yùn)動鞋中底。5.A解析思路：在模壓成型或纏繞成型等制造復(fù)合材料的工藝中，需要使用有機(jī)粘合劑（樹脂）將碳纖維布層壓在一起，形成堅(jiān)固的整體。6.B解析思路：輕量化設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在保證性能的前提下盡可能減輕器材重量，因此需要選擇密度小的材料。7.B解析思路：智能體育設(shè)備內(nèi)部包含脆弱的電子元件，需要通過塑料注塑等方式進(jìn)行封裝，以提供物理保護(hù)和防止水分、灰塵侵入。8.D解析思路：增材制造（3D打印）技術(shù)可以直接從數(shù)字模型制造出復(fù)雜形狀的部件，減少了傳統(tǒng)制造方法中的多個連接步驟，可實(shí)現(xiàn)一體化。9.B解析思路：智能體育裝備中的傳感器產(chǎn)生的微弱信號需要可靠地傳輸出去，這要求信號傳輸路徑（線纜或無線）及其相關(guān)材料具有良好的導(dǎo)電性能。10.B解析思路：可回收的金屬材料在生命周期結(jié)束后可以重新利用，減少了資源消耗和環(huán)境污染，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。相比之下，一次性發(fā)泡塑料、高能耗生產(chǎn)的碳纖維以及污染性粘合劑都不如金屬材料環(huán)保。-----------------------------------------------------二、填空題1.碳解析思路：在智能體育裝備高性能材料中，碳纖維因其優(yōu)異的性能而被廣泛應(yīng)用。2.透氣性解析思路：智能服裝需要貼合人體并允許汗氣排出，因此材料的透氣性對于穿著舒適至關(guān)重要，同時良好的生物相容性確保皮膚安全。3.鋪層解析思路：復(fù)合材料制造的核心步驟之一是將纖維按照設(shè)計(jì)要求鋪放在模具上，形成特定的增強(qiáng)層。4.加速成形解析思路：3D打印的原始含義是“添加材料制造”，也常被稱為增材制造，它區(qū)別于傳統(tǒng)的減材制造（如車削、銑削）。5.能量吸收解析思路：衡量運(yùn)動鞋中底緩沖性能的關(guān)鍵在于它吸收沖擊能量的能力以及讓運(yùn)動員感覺舒適的能量恢復(fù)能力。6.介電解析思路：柔性介電傳感器可以感知接觸壓力或形變，常用于制造能夠檢測手指按壓或彎曲的智能手套。7.環(huán)氧解析思路：環(huán)氧樹脂因其優(yōu)異的粘結(jié)性、力學(xué)性能和工藝性，是制造碳纖維復(fù)合材料最常用的基體樹脂之一。8.抗沖擊性解析思路：智能設(shè)備在運(yùn)動中可能遇到撞擊，外殼需要具備足夠的抗沖擊能力來保護(hù)內(nèi)部元件。9.材料選擇與鋪層解析思路：復(fù)合材料部件的性能高度依賴于所使用的纖維和基體材料，以及這些材料如何被鋪層和固化?？刂坪眠@些工藝參數(shù)才能獲得預(yù)期的性能。10.執(zhí)行解析思路：將導(dǎo)電材料融入彈性體中，可以使該材料在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)力感應(yīng)效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對外部刺激的響應(yīng)并執(zhí)行特定功能（如發(fā)電、顯示、反饋等）。-----------------------------------------------------三、名詞解釋1.比強(qiáng)度：指材料強(qiáng)度與其密度的比值。它反映了材料在單位重量下的承載能力，是衡量材料輕量化性能的重要指標(biāo)。2.智能材料：指能夠感知外部刺激（如力、光、熱、電、磁、化學(xué)物質(zhì)等），并能夠?qū)Υ舜碳ぷ龀隹蓽y量響應(yīng)（如形狀、尺寸、性質(zhì)、能量狀態(tài)等變化）的材料。3.增材制造：也稱3D打印，是一種基于數(shù)字模型，通過添加材料（如粉末、線材、液滴等）的方式，逐層構(gòu)建三維物體的制造技術(shù)。4.絕緣等級：指電氣設(shè)備中絕緣材料所能承受的最高工作電壓等級，它規(guī)定了材料在不同溫度下的耐壓能力，是保證設(shè)備安全運(yùn)行的重要參數(shù)。5.材料疲勞：指材料在循環(huán)應(yīng)力或應(yīng)變作用下，即使在低于其拉伸強(qiáng)度的應(yīng)力水平下，也會逐漸產(chǎn)生微小裂紋并最終導(dǎo)致斷裂的現(xiàn)象。-----------------------------------------------------四、簡答題1.簡述碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）相比于鋁合金在制造高性能智能自行車架時的主要優(yōu)勢。解析思路：CFRP的優(yōu)勢主要在于其極高的比強(qiáng)度和比模量，意味著在相同重量下，CFRP能承受更大的載荷和具有更高的剛度，有助于減輕騎行重量、提高速度和操控性。此外，CFRP具有優(yōu)異的耐疲勞性能和抗腐蝕性，能適應(yīng)長期使用和復(fù)雜環(huán)境。同時，其可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，可以通過調(diào)整纖維鋪層方向和方式來優(yōu)化特定部位的強(qiáng)度和剛度。2.簡述在智能體育裝備中應(yīng)用導(dǎo)電纖維或碳納米管的主要目的。解析思路：應(yīng)用導(dǎo)電纖維或碳納米管的主要目的是賦予體育裝備“智能”感知或交互能力。具體而言，可以用于制造能夠檢測壓力、彎曲、應(yīng)變或觸覺的傳感器，用于監(jiān)測運(yùn)動員的動作姿態(tài)、受力情況或生理信號；也可以用于構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)裝備內(nèi)部的信號傳輸、能量收集（如通過摩擦發(fā)電）或?qū)ν獠吭O(shè)備的數(shù)據(jù)交互；此外，還可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)功能，如根據(jù)受力改變電路狀態(tài)。3.簡述增材制造（3D打?。┘夹g(shù)在制造個性化智能矯形器方面的優(yōu)勢。解析思路：增材制造技術(shù)的主要優(yōu)勢在于其能夠根據(jù)用戶的個體三維掃描數(shù)據(jù)，定制出完全符合其身體輪廓和尺寸的矯形器。這提高了佩戴的舒適度和矯正效果。其次，3D打印可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，如集成傳感器或柔性驅(qū)動元件，提升矯形器的智能化水平。此外，該技術(shù)允許快速原型制作和迭代設(shè)計(jì)，便于根據(jù)用戶反饋進(jìn)行調(diào)整。材料選擇也較為廣泛，可以選用具有適當(dāng)彈性和生物相容性的材料。4.簡述選擇智能體育裝備外殼材料時需要考慮的主要因素。解析思路：選擇外殼材料時需綜合考慮：首先是保護(hù)性，材料需具備足夠的抗沖擊、抗刮擦能力，保護(hù)內(nèi)部精密元件；其次是舒適性，材料需輕便、透氣、親膚，適應(yīng)運(yùn)動環(huán)境；三是電性能，根據(jù)需求可能是導(dǎo)電（用于信號屏蔽或傳感）或絕緣；四是耐環(huán)境性，如耐候性（抗紫外線）、耐濕熱、耐化學(xué)腐蝕；五是美觀性；六是成本和可制造性；七是可持續(xù)性，考慮材料的環(huán)保特性和可回收性。-----------------------------------------------------五、論述題1.論述將傳感器集成到智能體育裝備材料與制造過程中的主要挑戰(zhàn)及其應(yīng)對思路。解析思路：主要挑戰(zhàn)包括：①物理集成：如何將尺寸微小、形狀復(fù)雜的傳感器無損傷地嵌入或整合到材料結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品內(nèi)部，避免影響材料的整體性能和產(chǎn)品的外觀形態(tài)；②電氣連接：如何實(shí)現(xiàn)傳感器與外部處理單元或電源的可靠、低阻抗、低噪聲連接，并保證在運(yùn)動環(huán)境下的連接穩(wěn)定性；③環(huán)境影響：運(yùn)動環(huán)境中的溫度變化、濕度、振動、沖擊、化學(xué)物質(zhì)等可能影響傳感器的性能和壽命；④信號干擾與處理：集成過程中可能引入額外的電磁干擾，且信號采集、傳輸和處理的電路設(shè)計(jì)需小型化、低功耗化；⑤材料兼容性：傳感器材料、封裝材料需與主體結(jié)構(gòu)材料具有良好的長期化學(xué)相容性和物理匹配性。應(yīng)對思路：①材料選擇：選用柔性、可穿戴、耐用的傳感器材料和封裝材料；②結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就考慮傳感器的布局、固定和保護(hù)，預(yù)留集成空間和連接接口；③先進(jìn)制造工藝：利用微納制造、嵌入式封裝、柔性印刷電路等技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器的精密集成和連接；④保護(hù)措施：設(shè)計(jì)有效的密封、緩沖和屏蔽結(jié)構(gòu)，提高傳感器對環(huán)境因素的防護(hù)能力；⑤信號增強(qiáng)與濾波：采用合適的電路設(shè)計(jì)和信號處理算法，提高信噪比，減少干擾；⑥模塊化設(shè)計(jì)：將傳感器、處理單元和電源設(shè)計(jì)成易于拆卸和更換的模塊，便于維護(hù)和升級。2.論述在智能體育裝備的設(shè)計(jì)中，如何平衡材料性能、制造工藝、成本和可持續(xù)性之間的關(guān)系。解析思路：平衡這四個方面需要在設(shè)計(jì)初期就進(jìn)行綜合考量：①明確核心