2026年材料工程師(復(fù)合材料)自測試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題1分，共20分。每題只有一個(gè)正確答案，請將正確選項(xiàng)字母填入括號內(nèi)）1.在碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸料中，決定纖維體積分?jǐn)?shù)上限的關(guān)鍵參數(shù)是（）。A.樹脂凝膠時(shí)間?B.纖維單絲直徑?C.預(yù)浸料面密度?D.樹脂初始黏度答案：C2.下列關(guān)于熱固性復(fù)合材料濕熱性能的說法，正確的是（）。A.吸濕后玻璃化轉(zhuǎn)變溫度一定升高?B.飽和吸濕率與纖維表面氧含量無關(guān)C.濕熱耦合會降低層間剪切強(qiáng)度?D.吸濕膨脹系數(shù)僅由樹脂基體決定答案：C3.采用真空輔助樹脂灌注（VARI）工藝時(shí)，為了抑制“干斑”缺陷，最先應(yīng)調(diào)整的工藝窗口是（）。A.注膠溫度?B.注膠壓力?C.纖維預(yù)熱溫度?D.抽氣速率答案：B4.對單向?qū)雍习暹M(jìn)行0°壓縮試驗(yàn)時(shí)，最易發(fā)生的失效模式是（）。A.纖維扭結(jié)帶形成?B.基體開裂?C.界面脫粘?D.纖維拔出答案：A5.在層合板剛度矩陣[Q]中，Q66的物理意義是（）。A.面內(nèi)剪切模量?B.橫向泊松比?C.主方向泊松耦合項(xiàng)?D.厚度方向剪切模量答案：A6.下列無損檢測方法中，對分層缺陷最敏感的是（）。A.超聲C掃描?B.射線數(shù)字成像?C.渦流檢測?D.聲發(fā)射答案：A7.采用BoeingBSS7260標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行沖擊后壓縮（CAI）試驗(yàn)時(shí)，沖擊能量為（）。A.30J?B.4.45J/mm厚度?C.6.67J/mm厚度?D.1500in·lb答案：C8.在RTM工藝模擬中，Darcy定律的滲透率張量單位是（）。A.m2?B.m/s?C.m2/s?D.m答案：A9.對于環(huán)氧/玻璃纖維層合板，采用ASTMD6641測試壓縮強(qiáng)度時(shí)，推薦的端面加強(qiáng)片材料是（）。A.鋁箔?B.玻璃布/環(huán)氧?C.聚酰亞胺膠帶?D.不銹鋼片答案：B10.下列關(guān)于芳綸纖維（Kevlar?）的描述，錯(cuò)誤的是（）。A.軸向熱膨脹系數(shù)為負(fù)值?B.壓縮強(qiáng)度低于拉伸強(qiáng)度C.耐紫外性能優(yōu)于碳纖維?D.密度低于E玻璃纖維答案：C11.在層合板優(yōu)化設(shè)計(jì)中，采用“遺傳算法”時(shí)，適應(yīng)度函數(shù)通常不包含（）。A.面內(nèi)剛度?B.成本?C.泊松比?D.層間剪切強(qiáng)度答案：C12.對碳纖維表面進(jìn)行陽極氧化處理的主要目的是（）。A.提高導(dǎo)電性?B.增加表面粗糙度和活性官能團(tuán)C.降低纖維模量?D.減少纖維直徑答案：B13.在復(fù)合材料疲勞試驗(yàn)中，R=0.1表示（）。A.應(yīng)力比為0.1?B.應(yīng)變比為0.1?C.最大應(yīng)力為最小應(yīng)力的10倍?D.循環(huán)頻率為0.1Hz答案：A14.下列關(guān)于蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的表述，正確的是（）。A.蜂窩芯子的剪切模量與孔格邊長無關(guān)B.蜂窩芯子L方向剪切模量高于W方向C.蜂窩芯子密度增加，面板局部屈曲臨界載荷降低D.蜂窩夾芯彎曲剛度與芯子厚度平方成正比答案：B15.采用ASTMD2344測試短梁剪切強(qiáng)度時(shí)，跨厚比應(yīng)?。ǎ.4:1?B.5:1?C.16:1?D.32:1答案：A16.在熱壓罐固化過程中，導(dǎo)致“壓力袋印”缺陷的直接原因是（）。A.固化壓力過高?B.真空袋破裂?C.透氣氈局部缺失?D.熱電偶漂移答案：C17.下列關(guān)于碳/碳復(fù)合材料的氧化防護(hù)涂層，使用溫度最高的是（）。A.硼硅玻璃涂層?B.SiC多層涂層?C.磷酸鉻鋁涂層?D.硅氮烷涂層答案：B18.在層合板強(qiáng)度分析中，Hashin準(zhǔn)則與TsaiWu準(zhǔn)則相比，其優(yōu)勢在于（）。A.可區(qū)分纖維與基體失效模式?B.無需材料強(qiáng)度數(shù)據(jù)C.適用于三維編織復(fù)合材料?D.計(jì)算量更小答案：A19.對熱塑性復(fù)合材料進(jìn)行電阻焊接時(shí)，最關(guān)鍵的加熱機(jī)制是（）。A.介電損耗?B.焦耳熱?C.磁滯損耗?D.紅外輻射答案：B20.在復(fù)合材料船舶設(shè)計(jì)中，根據(jù)DNVGL規(guī)范，單層板的最小單層厚度不得低于（）。A.0.3mm?B.0.5mm?C.0.8mm?D.1.0mm答案：B二、多項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分。每題有兩個(gè)或兩個(gè)以上正確答案，多選、少選、錯(cuò)選均不得分）21.下列因素中，會顯著降低碳纖維/環(huán)氧層合板層間斷裂韌性的有（）。A.吸濕率增加?B.固化度下降?C.纖維體積分?jǐn)?shù)升高?D.界面剪切強(qiáng)度提高答案：A、B22.在RTM工藝中，提高樹脂流動前鋒均勻性的措施包括（）。A.梯度注射?B.預(yù)熱纖維?C.降低注射壓力?D.優(yōu)化流道布局答案：A、B、D23.下列關(guān)于熱塑性復(fù)合材料原位固結(jié)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，正確的有（）。A.無需熱壓罐?B.可焊接修補(bǔ)?C.孔隙率低于熱固性?D.層間斷裂韌性高答案：A、B、D24.采用真空袋壓工藝制備大型風(fēng)電葉片主梁時(shí)，易產(chǎn)生的缺陷有（）。A.富脂?B.干纖維?C.褶皺?D.纖維錯(cuò)位答案：B、C、D25.下列關(guān)于復(fù)合材料濕熱膨脹的描述，正確的有（）。A.碳纖維軸向濕膨脹系數(shù)接近零?B.環(huán)氧玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨吸濕線性下降C.層合板濕熱膨脹系數(shù)可通過CLT預(yù)測?D.飽和吸濕率與厚度平方成正比答案：A、C26.在層合板自由邊效應(yīng)研究中，導(dǎo)致層間正應(yīng)力σz≠0的原因包括（）。A.各向異性?B.層間模量不匹配?C.泊松比不匹配?D.熱膨脹系數(shù)差異答案：B、C、D27.下列關(guān)于復(fù)合材料螺栓連接擠壓強(qiáng)度的影響因素，正確的有（）。A.端距比e/d增加，擠壓強(qiáng)度提高?B.板厚增加，擠壓強(qiáng)度線性增加C.螺栓預(yù)緊力增加，擠壓強(qiáng)度提高?D.纖維方向與載荷方向夾角增大，擠壓強(qiáng)度下降答案：A、C、D28.在復(fù)合材料船舶夾層板設(shè)計(jì)中，需校核的失效模式有（）。A.面板皺折?B.芯子剪切屈曲?C.芯子壓潰?D.整體屈曲答案：A、B、C、D29.下列關(guān)于碳纖維表面等離子體處理的說法，正確的有（）。A.可提高表面含氧官能團(tuán)?B.處理時(shí)間越長越好C.可引入納米級粗糙度?D.對纖維本體強(qiáng)度影響小答案：A、C、D30.在復(fù)合材料回收技術(shù)中，可實(shí)現(xiàn)纖維長度保持率>80%的方法有（）。A.流化床熱解?B.超臨界醇解?C.機(jī)械粉碎?D.微波熱解答案：B、D三、填空題（每空1分，共20分）31.經(jīng)典層合板理論（CLT）假設(shè)層間________應(yīng)力為零，忽略________變形。答案：正；橫向剪切32.在碳纖維/環(huán)氧單向?qū)雍习逯校w維方向彈性模量E1主要由________模量決定，橫向模量E2主要由________模量決定。答案：碳纖維縱向拉伸；環(huán)氧基體拉伸33.采用ASTMD3039進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，試樣標(biāo)距段寬度為________mm，厚度為________mm時(shí)，可免加強(qiáng)片。答案：25；≤2.534.蜂窩芯子的“L方向”定義為________方向，“W方向”定義為________方向。答案：縱向（ribbondirection）；橫向（transversedirection）35.在熱壓罐固化過程中，常見的“springin”現(xiàn)象表現(xiàn)為________角減小，其本質(zhì)是________收縮差異。答案：曲率；面內(nèi)與厚度方向36.熱塑性復(fù)合材料激光輔助鋪放（LATP）中，激光功率主要影響________區(qū)的溫度，進(jìn)而決定________強(qiáng)度。答案：熔融；層間焊接37.根據(jù)Griffith斷裂理論，復(fù)合材料層間裂紋擴(kuò)展的能量釋放率GIC與臨界應(yīng)力σc的關(guān)系為GIC=________，其中E’為________模量。答案：πσc2a/E’；等效38.在VARI工藝中，樹脂入口壓力Pin、出口壓力Pout、預(yù)制體滲透率K、樹脂黏度μ，則平均流速v=________（寫出Darcy公式）。答案：K(Pin?Pout)/(μh)39.采用BoeingBSS7260標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行CAI試驗(yàn)后，壓縮強(qiáng)度試樣需在________℃、________%RH條件下調(diào)節(jié)至恒重。答案：70；8540.復(fù)合材料螺栓連接中，當(dāng)e/d<________時(shí)，發(fā)生________破壞，而非擠壓破壞。答案：3；剪切out四、簡答題（每題8分，共40分）41.簡述熱固性復(fù)合材料熱壓罐固化過程中孔隙形成機(jī)理，并給出三種抑制孔隙的工藝措施。答案：孔隙形成機(jī)理：1.樹脂內(nèi)溶解氣體在升溫降壓過程中過飽和析出；2.揮發(fā)分（水分、殘留溶劑）汽化；3.局部缺膠導(dǎo)致真空袋內(nèi)氣體滲入。抑制措施：1.預(yù)浸料使用前充分干燥（80℃真空烘干≥16h）；2.階梯升溫平臺，使揮發(fā)分在樹脂凝膠前排出；3.提高固化壓力（≥0.6MPa），增強(qiáng)氣體溶解與滲透排出。42.對比熱固性與熱塑性復(fù)合材料在回收再利用方面的差異，列舉兩種熱塑性回收流程并說明其纖維性能保持率。答案：差異：熱固性交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)難降解，回收只能纖維/能量回收，性能損失大；熱塑性可熔融再加工，纖維長度保持率高。流程1：粉碎擠出注塑，纖維長度保持率30–50%，力學(xué)性能下降40–60%；流程2：超臨界醇解分離清洗，纖維長度保持率>80%，拉伸強(qiáng)度保持率>90%。43.寫出層合板面內(nèi)濕熱膨脹應(yīng)變表達(dá)式，并解釋各符號物理意義。答案：εi^H=βiΔC，εi^T=αiΔT，總應(yīng)變εi=εi^mech+εi^T+εi^H。βi為濕熱膨脹系數(shù)（i=1,2），ΔC為含水率變化（%），αi為熱膨脹系數(shù)，ΔT為溫度變化。β1≈0（碳纖維），β2由基體吸濕膨脹決定。44.說明復(fù)合材料螺栓連接中“bearingbypass”相互作用概念，并給出一種工程處理方法。答案：概念：螺栓孔周邊同時(shí)存在擠壓載荷（bearing）和旁路載荷（bypass），二者疊加導(dǎo)致多軸應(yīng)力狀態(tài)。處理方法：采用特征曲線法（characteristiccurve），通過試驗(yàn)建立bearingbypass相互作用包絡(luò)線，設(shè)計(jì)時(shí)保證載荷組合點(diǎn)落在包絡(luò)線內(nèi)側(cè)。45.簡述蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中芯子剪切模量G的測試原理與計(jì)算公式。答案：原理：在跨高比L/h=8~12范圍內(nèi)，彎曲撓度w由面板彎曲、芯子剪切兩部分組成。通過測量載荷P與跨中撓度w，采用雙跨距法（不同L），分離出剪切變形。公式：G=(P/2b)(L2?L1)/(w2?w1)，其中b為試樣寬度，w1、w2對應(yīng)跨距L1、L2的撓度。五、綜合應(yīng)用題（共50分）46.某T300/環(huán)氧單向?qū)雍习逵糜跓o人機(jī)機(jī)翼蒙皮，設(shè)計(jì)載荷Nx=1.8kN/mm，Ny=0.6kN/mm，Nxy=0.3kN/mm。已知單層厚度t0=0.125mm，材料性能：E1=140GPa，E2=9GPa，G12=4.5GPa，ν12=0.3，Xt=2200MPa，Xc=1200MPa，Yt=60MPa，Yc=180MPa，S=90MPa。采用TsaiWu準(zhǔn)則，要求安全系數(shù)≥2.0。（1）試確定[0/45/?45/90]2s層合板各層應(yīng)力；（2）校核首層失效安全系數(shù)；（3）若首層失效不滿足，提出一種鋪層優(yōu)化方案并重新校核。（20分）答案：（1)總厚度h=8×0.125=1.0mm；中面應(yīng)變ε^0=aN，其中a為面內(nèi)柔度矩陣。經(jīng)CLT計(jì)算得εx^0=1.23×10?3，εy^0=0.41×10?3，γxy^0=0.52×10?3。轉(zhuǎn)換到各層局部坐標(biāo)，0°層σ1=172MPa，σ2=3.7MPa，τ12=0；45°層σ1=98MPa，σ2=21MPa，τ12=?38MPa；?45°層同45°；90°層σ1=3.7MPa，σ2=172MPa，τ12=0。（2)采用TsaiWu準(zhǔn)則，F(xiàn)1σ1+F2σ2+F11σ12+F22σ22+F66τ122+2F12σ1σ2=1，計(jì)算得45°層指數(shù)0.62，安全系數(shù)1.61<2.0，不滿足。（3)優(yōu)化：將[0/45/?45/90]2s改為[0/45/?45/0/90/45/?45/0]s，增加0°比例。重新計(jì)算45°層指數(shù)0.48，安全系數(shù)2.08≥2.0，滿足。47.某船用玻璃鋼（Eglass/VE）艙壁，采用[0/90/±45]3s層合板，厚度4.5mm，受水下爆炸沖擊載荷，峰值壓力pmax=2.5MPa，持續(xù)時(shí)間td=3ms。假設(shè)面板固支，邊長a=b=1m。要求：（1）計(jì)算面板最大中心撓度wmax；（2）判斷是否存在失效風(fēng)險(xiǎn)（采用最大應(yīng)變準(zhǔn)則，允許應(yīng)變εallow=0.3%）；（3）若風(fēng)險(xiǎn)過大，提出材料或結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施。（15分）答案：（1)等效彎曲剛度D=52kN·m；板固有頻率f=124Hz；動載因子DLF≈1.8；靜載等效p=DLF·pmax=4.5MPa；最大撓度wmax=0.0049pa?/D=4.3mm。（2)最大應(yīng)變εmax=6wmaxt/a2=0.29%<0.3%，無失效風(fēng)險(xiǎn)。（3)若pmax提高50%，εmax=0.44%>0.3%，可改用高模量S2玻璃/環(huán)氧，E提高25%，wmax降低20%，εmax=0.35%，仍超限；進(jìn)一步增加厚度至6mm，εmax=0.26%，滿足。48.某航天器支架采用M55J/氰酸酯桿件，直徑30mm，長500mm，軸向壓力P=45kN，兩端鉸支。考慮濕熱環(huán)境（70℃，85%RH，飽和吸濕1.2%），已知干態(tài)E1=300GPa，濕態(tài)E1下降8%，界面剪切強(qiáng)度下降20%。試：（1）計(jì)算濕態(tài)臨界屈曲載荷Pcr；（2）若采用鋪層[0/45/?45/90]2s，校核是否發(fā)生微觀屈曲（纖維扭結(jié)）；（3）提出提高濕態(tài)穩(wěn)定性的微觀結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案。（15分）答案：（1)濕態(tài)E1=276GPa；圓柱殼慣性矩I=πr3t=π×153×1.5=15.9×103mm?；Pcr=π2EI/l2=π2×276×103×15.9×103/5002=54.8kN。（2)微觀屈曲應(yīng)力σcr=G12/(1+φ)，φ為纖維初始偏角，取φ=2°，G12濕態(tài)下降15%，σcr=3.8GPa；實(shí)際應(yīng)力σ=P/A=45×103/(π×30×1.5)=318MPa?3.8GPa，安全。（3)改進(jìn)：1.采用納米改性基體，提高濕態(tài)G12；2.0°層間插入±20°薄層，提高剪切剛度；3.表面纏繞T700濕法環(huán)向?qū)樱峁﹤?cè)向支撐，Pcr提高12%。六、計(jì)算題（共40分）49.某碳纖維/環(huán)氧層合板[0/45/?45/90]4s，單層厚度0.125mm，受彎矩Mx=1kN·m/m。已知E1=150GPa，E2=10GPa，G12=5GPa，ν12=0.3。試計(jì)算：（1)中性軸位置；（2)頂層0°層應(yīng)力σx；（3)該層對應(yīng)的安全系數(shù)（Xt=2000MPa）。（15分）答案：（1)對稱鋪層，中性軸在幾何中面，距表面2mm。（2)彎曲剛度D11=1.28×10?N·m；曲率κx=Mx/D11=7.81×10?3m?1；頂層距中性軸2mm；σx=E1κxz=150×103×7.81×10?3×0.002=234MPa。（3)安全系數(shù)F=Xt/σx=2000/234=8.5。50.某蜂窩夾芯梁，跨度L=800mm，面板厚度tf=