航空復(fù)合材料題庫及答案一、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.航空級碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂單向預(yù)浸料中，纖維體積分?jǐn)?shù)通常控制在（）A.30%～35%??B.40%～45%??C.55%～60%??D.70%～75%答案：C2.下列增強(qiáng)纖維中，比模量最高的是（）A.E玻璃纖維??B.芳綸纖維??C.T800碳纖維??D.硼纖維答案：C3.按照ASTMD3039進(jìn)行單向板0°拉伸試驗(yàn)時(shí)，試樣標(biāo)距段寬度一般?。ǎ〢.6mm??B.12.5mm??C.25mm??D.50mm答案：B4.復(fù)合材料層合板“第一plyfailure”設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中，最先失效的鋪層通常對應(yīng)（）A.最大面內(nèi)剪應(yīng)力??B.最大橫向拉應(yīng)力??C.最大縱向壓應(yīng)力??D.最大層間剪應(yīng)力答案：B5.熱壓罐固化過程中，施加真空的主要目的是（）A.提高纖維體積分?jǐn)?shù)??B.降低固化溫度??C.排除揮發(fā)分與裹入氣體??D.加速樹脂凝膠答案：C6.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.渦流檢測??C.射線照相??D.滲透檢測答案：A7.在層合板剛度計(jì)算中，采用“經(jīng)典層合板理論”時(shí)，基本假設(shè)不包括（）A.各鋪層線彈性??B.厚度方向正應(yīng)變εz=0??C.層間位移連續(xù)??D.橫向各向同性答案：B8.飛機(jī)主承力翼盒蒙皮常用的鋪層順序?yàn)椋ǎ〢.[0/90]2S??B.[45/?45/0/90]S??C.[0/45/90/?45]2S??D.[0/60/?60]4S答案：C9.濕熱環(huán)境對環(huán)氧基復(fù)合材料影響最顯著的性能是（）A.縱向拉伸強(qiáng)度??B.層間剪切強(qiáng)度??C.縱向彈性模量??D.泊松比答案：B10.采用VARI工藝時(shí)，樹脂灌注前沿出現(xiàn)“干斑”缺陷的根本原因是（）A.樹脂黏度過低??B.纖維滲透率各向異性??C.真空袋破裂??D.固化劑過量答案：B11.下列沖擊后壓縮強(qiáng)度（CAI）測試標(biāo)準(zhǔn)中，沖擊能量為1500in·lbf/in的是（）A.ASTMD7136??B.ASTMD7137??C.BoeingBSS7260??D.AirbusAITM10008答案：C12.層間增韌采用“離位”技術(shù)時(shí)，增韌層通常放置在（）A.0°鋪層之間??B.±45°鋪層之間??C.層合板上下表面??D.每兩層之間答案：D13.碳纖維表面電化學(xué)氧化處理的主要作用是（）A.提高纖維模量??B.增加表面粗糙度與活性官能團(tuán)??C.降低纖維密度??D.減少纖維脆性答案：B14.在疲勞載荷下，復(fù)合材料層合板最先出現(xiàn)的損傷形式通常是（）A.纖維斷裂??B.基體微裂紋??C.層間剝離??D.纖維屈曲答案：B15.采用“自動鋪絲”(AFP)技術(shù)時(shí)，絲束寬度對下列哪項(xiàng)影響最小（）A.鋪放效率??B.曲面貼合能力??C.孔隙率??D.纖維體積分?jǐn)?shù)答案：D16.下列樹脂體系，最高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg可達(dá)300℃以上的是（）A.環(huán)氧/DDM??B.雙馬來酰亞胺（BMI）??C.不飽和聚酯??D.乙烯基酯答案：B17.層合板彎曲剛度D11與下列哪項(xiàng)參數(shù)成正比（）A.鋪層厚度t的一次方??B.t的二次方??C.t的三次方??D.t的四次方答案：C18.飛機(jī)尾翼前緣防冰套常用（）A.鋁蜂窩??B.鎳基合金??C.碳纖維/銅網(wǎng)加熱層合板??D.玻璃纖維/環(huán)氧答案：C19.復(fù)合材料修理中，“階梯打磨”每層臺階寬度一般不小于（）A.1mm??B.3mm??C.5mm??D.10mm答案：C20.根據(jù)復(fù)合材料損傷容限設(shè)計(jì)思想，結(jié)構(gòu)在規(guī)定的檢查間隔內(nèi)應(yīng)滿足（）A.損傷無擴(kuò)展??B.損傷擴(kuò)展速率<0.1mm/飛行小時(shí)??C.剩余強(qiáng)度≥極限載荷??D.剩余強(qiáng)度≥限制載荷且損傷可檢答案：D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.下列屬于提高層間斷裂韌性GIC的有效方法有（）A.層間插入熱塑性顆粒膜??B.采用高韌性環(huán)氧基體??C.提高固化溫度??D.3D編織縫合??E.降低纖維體積分?jǐn)?shù)答案：A、B、D22.導(dǎo)致熱壓罐固化層合板孔隙率升高的工藝因素包括（）A.預(yù)浸料揮發(fā)分含量>1%??B.升溫速率過快??C.真空袋泄漏??D.固化壓力偏低??E.樹脂初始分子量偏高答案：A、B、C、D23.下列關(guān)于碳纖維T300與T800對比，正確的有（）A.T800拉伸強(qiáng)度更高??B.T800拉伸模量更高??C.T800密度更低??D.T800價(jià)格更高??E.T800纖維直徑更小答案：A、B、D、E24.層合板自由邊效應(yīng)產(chǎn)生的原因包括（）A.層間泊松比不匹配??B.層間剪切模量差異??C.橫向拉伸應(yīng)力集中??D.縱向拉伸過載??E.幾何突變答案：A、B、C、E25.采用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)時(shí)，芯材剪切強(qiáng)度設(shè)計(jì)需考慮（）A.L方向剪切??B.W方向剪切??C.壓縮蠕變??D.節(jié)點(diǎn)膠接強(qiáng)度??E.芯材密度答案：A、B、D、E26.下列關(guān)于復(fù)合材料雷擊損傷的描述，正確的有（）A.表面纖維汽化??B.樹脂碳化??C.層間大面積剝離??D.金屬網(wǎng)柵熔化??E.損傷呈錐形分布答案：A、B、C、D27.自動鋪帶（ATL）與自動鋪絲（AFP）相比，其特點(diǎn)有（）A.帶寬更寬??B.曲面適應(yīng)性更好??C.生產(chǎn)效率高??D.廢料率低??E.適合小曲率部件答案：A、C、E28.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（SHM）常用傳感器包括（）A.光纖布拉格光柵（FBG）??B.壓電晶片（PZT）??C.電阻應(yīng)變片??D.電容傳感器??E.超聲導(dǎo)波換能器答案：A、B、C、E29.下列屬于熱塑性復(fù)合材料優(yōu)勢的有（）A.可焊接修理??B.儲存期無限??C.高韌性??D.成型周期短??E.耐化學(xué)腐蝕答案：A、B、C、D、E30.復(fù)合材料修理中，采用“挖補(bǔ)”法相比“貼補(bǔ)”法的優(yōu)點(diǎn)有（）A.氣動光滑??B.載荷傳遞更均勻??C.修理重量更輕??D.工藝更簡單??E.疲勞性能更好答案：A、B、C、E三、填空題（每空1分，共30分）31.碳纖維/環(huán)氧單向板縱向彈性模量E1的典型值為________GPa。答案：130～16032.按照經(jīng)典層合板理論，層合板本構(gòu)方程中面內(nèi)剛度矩陣記為________矩陣。答案：A33.蜂窩芯材的“L”方向指________方向。答案：縱向（條帶方向）34.熱壓罐固化預(yù)浸料時(shí)，通常采用的“兩階段”壓力制度中，第二段壓力為________MPa。答案：0.6～0.735.層間斷裂韌性測試，DCB試樣所用標(biāo)準(zhǔn)號為________。答案：ASTMD552836.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)疲勞壽命分散性大，通常采用________壽命法進(jìn)行設(shè)計(jì)。答案：B基準(zhǔn)37.自動鋪絲工藝中，絲束寬度常見為________in。答案：0.125～0.2538.環(huán)氧基體固化劑DDS中文名稱為________。答案：二氨基二苯砜39.復(fù)合材料修理中，表面打磨粗糙度Ra推薦值為________μm。答案：3.2～6.340.飛機(jī)復(fù)合材料主承力結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)載荷系數(shù)為________倍限制載荷。答案：1.541.熱塑性復(fù)合材料焊接常用加熱方式有感應(yīng)加熱、________加熱和電阻加熱。答案：熱壓42.層合板彎曲剛度D11的單位為________。答案：N·m43.復(fù)合材料沖擊后壓縮強(qiáng)度CAI測試，沖擊落錘質(zhì)量為________kg。答案：5±0.2544.蜂窩夾層結(jié)構(gòu)面板常用鋁箔厚度為________mm。答案：0.2～0.545.預(yù)浸料冷藏溫度通常為________℃。答案：?1846.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)膠接修理，常用結(jié)構(gòu)膠為________系列。答案：環(huán)氧（如EA9394）47.纖維纏繞工藝中，螺旋纏繞纏繞角范圍為________°。答案：15～4548.復(fù)合材料層合板泊松比ν12典型值約為________。答案：0.349.熱壓罐固化時(shí)，熱電偶數(shù)量每________m2至少一個(gè)。答案：250.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)“鳥撞”試驗(yàn)屬于________沖擊。答案：高速軟體51.層合板橫向拉伸強(qiáng)度XT遠(yuǎn)低于縱向，主要原因是________控制。答案：基體/界面52.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中，F(xiàn)BG傳感器可測量________和溫度。答案：應(yīng)變53.蜂窩芯材節(jié)點(diǎn)膠常用________膠。答案：環(huán)氧改性酚醛54.復(fù)合材料修理中，真空袋密封膠帶耐溫至少________℃。答案：18055.熱塑性復(fù)合材料PEEK玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約________℃。答案：14556.復(fù)合材料層合板“耦合剛度矩陣”記為________矩陣。答案：B57.自動鋪帶常用帶寬為________in。答案：3～1258.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)雷擊分區(qū)中，Zone1A指________區(qū)域。答案：首次回?fù)舾吒怕?9.復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度測試短梁剪切試樣跨厚比為________。答案：460.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理后，需進(jìn)行________檢測以確認(rèn)無脫粘。答案：超聲四、簡答題（每題8分，共40分）61.簡述熱壓罐固化過程中孔隙形成機(jī)理及控制措施。答案：孔隙源于預(yù)浸料揮發(fā)分、水分、空氣裹入?？刂疲?.預(yù)浸料揮發(fā)分≤0.8%；2.升溫速率1～3℃/min；3.真空袋密封良好，保持真空≥0.09MPa；4.加壓時(shí)機(jī)在樹脂黏度最低前；5.兩段壓力制度，第二段0.6～0.7MPa；6.采用樹脂bleed層導(dǎo)出多余樹脂與氣體；7.固化后冷卻速率≤2℃/min防“后孔隙”。62.說明層合板“耦合剛度”Bij≠0的物理意義，并給出一種產(chǎn)生Bij≠0的鋪層示例。答案：Bij≠0表示面內(nèi)力與彎曲變形相互耦合，即拉伸會引起彎曲或扭轉(zhuǎn)。示例：非對稱鋪層[0/45/90/?45]T，無中面對稱，B11≠0，拉伸載荷下產(chǎn)生曲率κx。63.列舉三種提高復(fù)合材料層間斷裂韌性的工程方法，并比較其優(yōu)缺點(diǎn)。答案：1.層間熱塑性顆粒膜：增韌顯著，GIC↑2～3倍，工藝簡單，但面內(nèi)剛度略降；2.3D縫合：層間剪切↑50%，但面內(nèi)拉伸↓10%，縫合針磨損纖維；3.層間離位增韌：將韌性膜置于層間，GIC↑2倍，重量增加<2%，工藝兼容熱壓罐。64.簡述復(fù)合材料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)面板起皺（wrinkling）失效機(jī)理及預(yù)防措施。答案：面板在壓縮或剪切下局部失穩(wěn)，向芯格內(nèi)屈曲。機(jī)理：面板薄、芯材剪切剛度低、膠接弱。預(yù)防：1.面板厚度≥0.5mm；2.芯材密度≥64kg/m3；3.采用小格蜂窩；4.膠接強(qiáng)度≥3MPa；5.邊緣加強(qiáng)條帶。65.說明復(fù)合材料結(jié)構(gòu)“損傷容限”設(shè)計(jì)三要素，并給出各自的設(shè)計(jì)指標(biāo)。答案：1.損傷可檢：在規(guī)定的檢查間隔內(nèi)，損傷尺寸≥可檢門檻值；2.損傷擴(kuò)展：在檢查間隔內(nèi)，損傷擴(kuò)展量≤允許值，通常<0.05mm/飛行小時(shí)；3.剩余強(qiáng)度：損傷狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)能承受限制載荷而不破壞，即剩余強(qiáng)度≥限制載荷。五、計(jì)算題（共40分）66.已知T300/環(huán)氧單向板E1=140GPa，E2=9GPa，G12=5GPa，ν12=0.3，鋪層[0/45/?45/90]S對稱，每層厚度t=0.125mm，求層合板面內(nèi)剛度A11。（15分）答案：單層層數(shù)n=8，總厚h=1mm。Q11(0°)=140.0GPa，Q22(9),Q12(2.7),Q66(5),Q16=Q26=045°鋪層：m=cos45°=0.707，n=0.707Q11(45°)=m?Q11+n?Q22+2m2n2(Q12+2Q66)=0.25×140+0.25×9+0.5×(2.7+10)=35+2.25+6.35=43.6GPa同理Q11(?45°)=43.6GPa，Q11(90°)=9GPaA11=Σ(Q11)ktk=2×[140×0.125+43.6×0.125+43.6×0.125+9×0.125]=2×0.125×(140+43.6+43.6+9)=0.25×236.2=59.05GPa·mm=59.05kN/mm67.蜂窩夾層梁寬b=100mm，芯厚hc=20mm，面板厚tf=1mm，四點(diǎn)彎曲跨距L=400mm，載荷P=2kN，測得跨中撓度δ=2mm，求芯材剪切模量Gc。（10分）答案：夾層梁撓度公式：δ=PL3/(48EIeq)+PL/(4AGc)先算彎曲項(xiàng)：Ieq=b(tf+hc)2tf/2=100×(22)2×1/2=24.2×103mm?Ef=70GPa，彎曲項(xiàng)δb=2×103×(400)3/(48×70×103×24.2×103)=0.39mm剪切項(xiàng)δs=δ?δb=1.61mmδs=PL/(4AGc)=2×103×400/(4×100×20×Gc)=1.61→Gc=4000×400/(4×100×20×1.61)=124MPa68.復(fù)合材料圓管外徑D=100mm，壁厚t=2mm，受扭矩T=5kN·m，求最大剪應(yīng)力τmax，若許用剪應(yīng)力τallow=80MPa，校核強(qiáng)度。（15分）答案：薄壁圓管剪應(yīng)力τ=T/(2πR2t)，平均半徑R=49mmτ=5×10?/(2π×492×2)=5×10?/(2π×4802)=166MPa166MPa>80MPa，不滿足，需加厚或換高模量材料。六、綜合應(yīng)用題（共50分）69.某型客機(jī)復(fù)合材料機(jī)翼蒙皮為[45/0/?45/90]4S對稱層合板，總厚4mm，設(shè)計(jì)極限應(yīng)變εlim=4000με。服役中發(fā)現(xiàn)25mm長表面劃痕，深0.5mm，方向0°。試按損傷容限思路完成以下任務(wù)：（1）判斷劃痕是否屬于可檢損傷；（2）估算剩余強(qiáng)度系數(shù)RSR；（3）若要求剩余強(qiáng)度≥限制載荷，給出修理方案并說明理由。（25分）答案：（1）目視檢測門檻值通常為≥25mm，劃痕長25mm，屬可檢。（2）劃痕深0.5mm，占厚12.5%，經(jīng)驗(yàn)公式RSR=1?0.9×(d/t)=1?0.9×0.125=0.89，即剩余強(qiáng)度為極限強(qiáng)度89%，大于限制載荷（通常0.67×極限），滿足損傷容限。（3）但仍需密封防濕，采用表面貼補(bǔ)：先打磨劃痕區(qū)至R≥3mm，鋪2層[45/?45]濕鋪環(huán)氧預(yù)浸料，厚0.25mm，外覆J116結(jié)構(gòu)膠膜，真空袋固化，恢復(fù)疲勞壽命。70.某無人機(jī)翼梁采用碳纖維/環(huán)氧工字梁，腹板高80mm，厚3m