2025年大學《智能體育工程》專業(yè)題庫——智能體育裝備智能化材料應用研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分）1.下列哪種材料通常用于制造需要實時監(jiān)測心率的智能運動手環(huán)？A.形狀記憶合金B(yǎng).壓電纖維C.導電紗線D.自修復聚合物2.在智能運動鞋墊中，用于采集地面沖擊信號的傳感器，其主要利用的物理效應是？A.光纖干涉B.壓阻效應C.霍爾效應D.磁阻效應3.下列哪項不是對智能體育裝備中使用的智能化材料的基本要求？A.良好的生物相容性B.高昂的成本C.與體育裝備結構兼容性D.可重復使用或可回收4.用于制造需要隨身體運動發(fā)生形變并提供反饋的智能服裝，最適合的材料是？A.高彈性導電纖維B.金屬基復合材料C.陶瓷傳感材料D.密封絕緣涂層5.智能頭盔中的沖擊檢測材料在受到規(guī)定能量沖擊后，其電阻值發(fā)生顯著變化，這種現(xiàn)象主要利用了材料的什么特性？A.介電常數(shù)變化B.磁導率變化C.壓阻效應D.熱電效應6.評估智能化材料在長期運動使用下的性能穩(wěn)定性，最關鍵的測試項目是？A.短時靜態(tài)性能測試B.動態(tài)疲勞性能測試C.環(huán)境適應性測試（溫濕度）D.生物相容性急性測試7.將導電纖維編織入運動服裝以實現(xiàn)肌電信號采集，屬于智能化材料應用的哪種方式？A.直接集成式B.間接封裝式C.外部附著式D.能量注入式8.形狀記憶合金材料在智能體育裝備中，主要可以實現(xiàn)的功能是？A.實時數(shù)據(jù)傳輸B.根據(jù)溫度或應力自動調整裝備形態(tài)或提供輔助支撐C.直接產(chǎn)生動力D.隔絕電磁干擾9.在智能體育裝備材料的選擇過程中，需要優(yōu)先考慮的因素是？A.材料的絕對性能指標最高B.材料成本最低C.材料特性與裝備功能需求的匹配度D.材料的加工工藝最簡單10.智能化材料技術的發(fā)展趨勢之一是向多功能一體化方向發(fā)展，這意味著？A.單一材料具備多種傳感或執(zhí)行功能B.將多種單一功能的材料簡單組合C.只提高材料的單一性能指標D.增加材料的成本二、填空題（每空1分，共15分）1.智能體育裝備中常用的導電材料包括導電______、導電______和導電聚合物等。2.傳感材料是智能化材料的核心組成部分，其主要功能是將人體的______或裝備的______轉換為可測量的信號。3.評價智能化材料在運動裝備中安全性時，必須考慮其______和長期使用的______。4.智能運動服通過集成______材料，可以實現(xiàn)對運動員心率、呼吸等生理參數(shù)的無損監(jiān)測。5.影響智能化材料在體育裝備中應用的關鍵因素除了材料本身性能外，還包括其______、______和______。6.為了確保智能化材料制成的裝備輕便，在選擇材料時需要重點考慮其______。7.自修復材料在智能體育裝備中具有應用潛力，例如用于制造具有損傷自愈合能力的______或______。8.測試智能化材料傳感器的靈敏度時，通常需要改變______或______，并測量相應的信號變化。9.基于形狀記憶合金的智能護具，可以在受到?jīng)_擊時變形吸收能量，并在沖擊結束后恢復______。三、名詞解釋（每小題3分，共12分）1.傳感材料2.形狀記憶效應3.生物相容性4.壓電纖維四、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述導電纖維在智能運動服裝中實現(xiàn)傳感功能的基本原理。2.與傳統(tǒng)材料相比，智能化材料在制造智能運動鞋墊時具有哪些顯著優(yōu)勢？3.闡述選擇用于制造可穿戴智能設備（如智能手環(huán)）的智能化材料時，需要重點考慮哪些性能指標？4.簡述影響智能化材料在體育裝備中耐久性的主要因素。五、論述題（每小題10分，共20分）1.論述導電紗線在智能體育裝備中的應用現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)。2.分析形狀記憶材料在運動防護裝備和康復訓練裝備中各自的應用潛力及實現(xiàn)方式。六、方案設計題（10分）針對長跑運動員實時監(jiān)測核心區(qū)域肌電活動并給予反饋的需求，初步設計一個基于智能化材料的監(jiān)測方案，簡述所需材料、基本工作原理和潛在實現(xiàn)方式。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.A5.C6.B7.A8.B9.C10.A二、填空題1.纖維線材2.生理信號運動狀態(tài)3.生物相容性長期穩(wěn)定性4.傳感（或導電）5.成本制造工藝集成難度6.密度（或比強度/比模量）7.運動鞋墊運動護具8.應力/應變位移/溫度9.原始形狀三、名詞解釋1.傳感材料：指能夠感知外界物理量（如力、壓力、溫度、應變等）或化學量變化，并將其轉換成可測量信號（通常是電信號）的智能材料。2.形狀記憶效應：某些材料在受到外部作用（如變形、加熱）后，能夠記住其預設形狀，當外部作用去除（如降溫）時，材料會發(fā)生應力或應變釋放，自動恢復到其原始形狀的現(xiàn)象。3.生物相容性：指材料與生物體接觸時，能夠相互接受而不引起任何不良局部或全身反應（如組織壞死、炎癥、致癌等）的性質。4.壓電纖維：指在受到機械應力（如拉伸、壓縮）作用時，其內部會產(chǎn)生電荷，從而在纖維兩端產(chǎn)生電壓的纖維材料。四、簡答題1.解析思路：導電纖維通過其內部的導電通路（如金屬絲、碳纖維、導電聚合物鏈）將人體運動產(chǎn)生的應變（拉伸、彎曲）轉化為電阻值或電信號的變化。例如，碳納米管或金屬基導電紗線在受拉伸時，其導電通路被拉長，電阻增大；在受彎曲時，導電通路截面變化，電阻也相應改變。這些變化的電阻信號可以被采集電路檢測，并通過數(shù)據(jù)處理還原出人體的運動狀態(tài)或姿態(tài)信息。2.解析思路：智能化材料相比傳統(tǒng)材料，在智能運動鞋墊中的應用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：1）傳感集成：可直接將傳感功能（如壓力、沖擊、姿態(tài)監(jiān)測）集成到鞋墊材料或結構中，實現(xiàn)無源監(jiān)測；2）性能優(yōu)化：可選擇具有高彈性、高回彈、能量吸收特性的智能材料（如形狀記憶合金、高阻尼復合材料），提升鞋墊的防護性能和能量反饋效果；3）智能化反饋：部分智能材料可實現(xiàn)動態(tài)響應，如根據(jù)沖擊程度改變鞋墊局部形態(tài)或提供觸覺反饋，提升運動表現(xiàn)或保護；4）個性化定制：可通過調整智能材料的分布或組合，為運動員提供更貼合腳型、更符合運動需求的定制化鞋墊。3.解析思路：選擇用于制造可穿戴智能設備（如智能手環(huán)）的智能化材料時，需重點考慮：1）導電性能：確保材料或纖維具有良好的導電性，以便準確采集生理信號（如肌電、心電）或傳輸信號；2）柔軟性與彈性：材料需具備與皮膚或身體組織相容的柔軟度和彈性，保證佩戴舒適，并能有效貼合身體形態(tài)進行信號采集；3）生物相容性：必須具有良好的生物相容性，避免引起皮膚過敏、刺激或長期佩戴的排異反應；4)耐久性與穩(wěn)定性：材料需能在日?；顒由踔吝\動環(huán)境下保持性能穩(wěn)定，不易老化和損壞；5)輕量化：材料密度要小，以減輕設備整體重量，提升佩戴體驗；6)隱蔽性（可選）：對于某些應用，材料的厚度和可見性也可能需要考慮。4.解析思路：影響智能化材料在體育裝備中耐久性的主要因素包括：1）機械磨損：反復拉伸、彎曲、摩擦會導致材料表面磨損、纖維斷裂或結構破壞；2）疲勞損傷：長期承受動態(tài)載荷循環(huán)會產(chǎn)生累積疲勞，使材料性能下降甚至失效；3）環(huán)境老化：溫度變化（熱脹冷縮、熱分解）、濕度影響（吸濕、腐蝕）、光照（紫外線降解）等環(huán)境因素會導致材料性能劣化；4）化學腐蝕：汗液、雨水、清潔劑等化學物質可能對材料產(chǎn)生腐蝕或溶解作用；5)生物降解：如果材料涉及生物相容性，需考慮其在特定生物環(huán)境下的降解速度；6)集成方式：材料與裝備其他部分的連接方式是否牢固，也會影響整體結構的耐久性。五、論述題1.解析思路：*應用現(xiàn)狀：導電紗線已廣泛應用于智能運動服、鞋墊、頭盔等裝備中，用于采集肌電、壓力、沖擊、姿態(tài)等信號。其形式多樣，如導電纖維紗線、導電針織物、導電非織造布等。應用場景覆蓋專業(yè)運動監(jiān)測、大眾健身追蹤、運動表現(xiàn)分析、運動損傷預警等領域。其優(yōu)勢在于能夠將傳感功能直接編織入服裝結構，實現(xiàn)柔軟、貼合、舒適且形態(tài)穩(wěn)定的傳感集成。*面臨挑戰(zhàn)：主要挑戰(zhàn)包括：1）導電性能與柔軟性的平衡：高導電性材料（如金屬纖維）通常較硬，而柔性導電纖維（如碳納米管、導電聚合物）的導電率可能受拉伸影響較大，且長期穩(wěn)定性有待提高；2）信號采集的準確性與干擾：人體信號微弱，易受環(huán)境電磁干擾和服裝自身結構干擾，如何保證信號質量是關鍵；3）耐久性問題：在反復洗滌、穿著和運動摩擦下，導電紗線的導電通路可能斷裂、接觸不良，導致性能衰減；4）成本與規(guī)?；a(chǎn)：高性能導電紗線成本較高，大規(guī)模、低成本、標準化的生產(chǎn)技術仍在發(fā)展中；5）數(shù)據(jù)處理與智能化：采集到的數(shù)據(jù)需要有效的算法進行處理和解讀，并實現(xiàn)實時反饋或智能分析，這需要配套的硬件和軟件支持。2.解析思路：*運動防護裝備潛力與方式：形狀記憶材料（如形狀記憶合金SMAs、形狀記憶聚合物SMPs）在運動防護裝備中具有巨大潛力。通過將形狀記憶材料集成到頭盔、護膝、護肘、護齒等防護裝置中，可以實現(xiàn)：1）自適應沖擊吸收：材料在受到?jīng)_擊時發(fā)生相變或變形，吸收大量能量，并在沖擊結束后恢復原狀，提供持續(xù)的防護；2）智能預警：結合傳感功能，可以監(jiān)測沖擊的強度和速度，當達到預設閾值時觸發(fā)報警或啟動其他保護機制（如自動鎖死關節(jié)）；3）個性化自適應：利用SMPs的形狀記憶效應，可以制造出能夠根據(jù)佩戴者頭型或肢體形狀自動調整尺寸和貼合度的防護裝備，提升舒適度和保護效果。實現(xiàn)方式通常是將SMAs線材編織或嵌入結構中，或使用SMPs注塑成型。*康復訓練裝備潛力與方式：形狀記憶材料在康復訓練裝備中的應用側重于輔助、引導和反饋：1）輔助運動：利用SMAs的驅動力或SMPs的形狀記憶恢復力，為康復患者提供溫和、可調的關節(jié)活動輔助力，幫助他們進行功能恢復訓練；2）姿態(tài)矯正與引導：利用SMPs的形狀固定特性，設計成具有特定矯正形狀的矯形器，如綁腿、背支等，持續(xù)、輕柔地引導肢體處于正確位置；3）生物反饋訓練：將集成有傳感功能的形狀記憶材料用于康復設備，監(jiān)測患者的運動狀態(tài)或生理反應，并將信息反饋給患者或治療師，實現(xiàn)個性化、智能化的康復指導。實現(xiàn)方式包括將材料作為執(zhí)行元件、結構元件或反饋傳感器集成到康復設備中。六、方案設計題解析思路：*所需材料：1)高彈性導電纖維（如碳納米管纖維、金屬鍍層纖維或導電聚合物纖維），用于編織成運動服下裝（如長跑短褲）；2)傳感器模塊（如柔性肌電傳感器陣列、可穿戴信號處理單元），用于接收和處理信號；3)(可選)藍牙模塊或無線傳輸模塊，用于將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠吭O備（如手機APP、運動手表）。*基本工作原理：將高彈性導電纖維均勻或按特定模式編織入長跑運動員的下裝（如短褲）中，形成分布式傳感網(wǎng)絡。當運動員跑步時，核心區(qū)域肌肉的運動（收縮、舒張、拉伸、彎曲）會引起編織在這些纖維中的導電通路形態(tài)和接觸狀態(tài)發(fā)生變化，從而導致電阻值或電壓信號的變化。這些微弱的生物電信號通過布料中的導線傳導到集線器或直接連接到柔性傳感器模塊。傳感器模塊負責放大、濾波、模數(shù)轉換這些信號，并提取出反映核心肌群活動狀態(tài)的肌電信息或其他生理信號。*潛在實現(xiàn)方式：1)纖維選擇與編織：根據(jù)需要監(jiān)測的核心肌群位置，選擇合適的導電纖維類型和導電率，設計編織密度和圖案。例如，在腹肌、背肌區(qū)域使用更高密度的導