2025年(復合材料工程師)復合材料制備試題及答案一、單項選擇題（每題1分，共20分。每題只有一個正確答案，請將正確選項的字母填入括號內）1.在環(huán)氧樹脂基碳纖維預浸料中，最常用的固化劑是（）。A.芳香族二胺B.脂肪族二胺C.酸酐D.酚醛樹脂答案：C2.下列哪種纖維與環(huán)氧基體界面剪切強度最高（）。A.E玻璃纖維B.高模量碳纖維C.芳綸纖維D.玄武巖纖維答案：B3.RTM工藝中，樹脂注入階段最主要的控制參數(shù)是（）。A.模具溫度B.注射壓力梯度C.纖維體積分數(shù)D.固化度答案：B4.熱壓罐成型時，導致“架橋”缺陷的直接原因是（）。A.固化壓力不足B.吸膠層過量C.預浸料鋪層角度錯誤D.真空袋破裂答案：A5.采用真空輔助樹脂灌注（VARI）工藝時，為了降低干斑風險，通常將導流網(wǎng)置于（）。A.增強體上方B.增強體下方C.模具表面D.真空袋內側答案：A6.碳纖維表面等離子體處理的主要目的是（）。A.提高纖維模量B.增加表面粗糙度和活性官能團C.降低密度D.減少單絲直徑答案：B7.在層合板[0/45/90/45]s中，90°鋪層的主要作用是（）。A.提供縱向剛度B.提供橫向剛度C.提高層間剪切D.降低泊松比答案：B8.下列哪種測試方法可直接獲得層間斷裂韌性GIC（）。A.短梁剪切B.三點彎曲C.雙懸臂梁（DCB）D.落錘沖擊答案：C9.環(huán)氧樹脂固化反應屬于（）。A.加聚反應B.縮聚反應C.開環(huán)聚合D.自由基聚合答案：C10.預浸料冷藏儲存的主要目的是（）。A.降低樹脂粘度B.延緩固化劑擴散C.抑制B階段反應D.減少揮發(fā)分答案：C11.下列哪種缺陷在超聲C掃描中最易識別（）。A.纖維彎曲B.富脂C.分層D.孔隙率<1%答案：C12.決定芳綸纖維縱向拉伸強度的關鍵結構參數(shù)是（）。A.晶區(qū)取向度B.微纖螺旋角C.非晶區(qū)密度D.表面涂層厚度答案：A13.在熱壓罐固化曲線中，通?！氨仄脚_”是為了（）。A.消除殘余應力B.讓水分揮發(fā)C.降低放熱峰D.提高玻璃化轉變溫度答案：C14.采用真空袋壓工藝時，若真空度突然下降，最先出現(xiàn)的缺陷是（）。A.氣泡B.富脂C.厚度超差D.纖維體積分數(shù)升高答案：A15.碳纖維/環(huán)氧層合板在濕熱環(huán)境下，最先下降的性能是（）。A.縱向拉伸強度B.層間剪切強度C.縱向拉伸模量D.橫向拉伸模量答案：B16.下列哪種樹脂體系最適合制造耐高溫(>300°C)復合材料結構件（）。A.雙馬樹脂B.不飽和聚酯C.乙烯基酯D.聚氨酯答案：A17.在纖維纏繞成型中，螺旋纏繞的纖維角度α與芯模半徑R、纏繞螺距p的關系為（）。A.tanα=2πR/pB.sinα=2πR/pC.cosα=p/2πRD.tanα=p/2πR答案：A18.下列哪種增韌方法對環(huán)氧基體沖擊后壓縮強度（CAI）提升最顯著（）。A.添加納米SiO?B.添加核殼橡膠粒子C.添加短切碳纖維D.提高交聯(lián)密度答案：B19.對泡沫夾層結構進行側壓試驗時，主要考核芯材的（）。A.剪切強度B.壓縮強度C.拉伸強度D.剝離強度答案：B20.采用光固化3D打印連續(xù)纖維增強復合材料時，纖維體積分數(shù)主要受（）。A.噴嘴直徑B.激光功率C.纖維浸漬長度D.打印層厚答案：A二、多項選擇題（每題2分，共20分。每題有兩個或兩個以上正確答案，多選、少選、錯選均不得分）21.下列哪些措施可降低RTM填充階段干斑風險（）。A.優(yōu)化注射口位置B.提高樹脂粘度C.增加導流介質D.降低纖維滲透率E.采用梯度注射答案：A、C、E22.導致熱壓罐層合板孔隙率升高的直接原因包括（）。A.預浸料揮發(fā)分過高B.固化壓力不足C.升溫速率過快D.真空袋泄漏E.模具表面粗糙度大答案：A、B、C、D23.下列哪些屬于熱塑性復合材料焊接連接方法（）。A.電阻焊接B.超聲焊接C.感應焊接D.膠接E.熱壓罐共固化答案：A、B、C24.碳纖維表面氧化處理后，界面性能提高的機制包括（）。A.增加表面粗糙度B.引入含氧官能團C.提高纖維模量D.提高化學鍵合概率E.降低表面能答案：A、B、D25.下列哪些測試可獲得復合材料層合板的層間剪切性能（）。A.短梁剪切（ASTMD2344）B.±45°拉伸（ASTMD3518）C.四點彎曲D.Iosipescu剪切（ASTMD5379）E.落錘沖擊答案：A、B、D26.下列哪些因素會影響真空袋壓工藝纖維體積分數(shù)（）。A.真空度B.吸膠層厚度C.預浸料樹脂含量D.固化溫度E.鋪層角度答案：A、B、C27.關于芳綸纖維性能描述正確的是（）。A.密度低于碳纖維B.壓縮強度高C.耐沖擊性好D.吸濕率高于碳纖維E.紫外穩(wěn)定性差答案：A、C、D、E28.下列哪些缺陷可通過X射線CT無損檢測定量評估（）。A.孔隙率B.分層面積C.纖維波紋度D.纖維體積分數(shù)E.界面脫粘答案：A、B、C、E29.在熱壓罐固化過程中，用于在線監(jiān)測固化度的傳感器包括（）。A.介電傳感器B.光纖布拉格光柵C.超聲換能器D.熱電偶E.應變片答案：A、B、C30.下列哪些屬于綠色復合材料發(fā)展方向（）。A.生物基樹脂B.可回收熱塑性樹脂C.溶劑型預浸料D.天然纖維增強E.化學可回收環(huán)氧答案：A、B、D、E三、填空題（每空1分，共20分）31.環(huán)氧樹脂固化反應中，常用的促進劑咪唑類衍生物可________固化反應速率，同時降低________溫度。答案：加快；固化32.在纖維纏繞張力設計中，采用________定律可建立纖維張力與芯模接觸壓力之間的關系。答案：Lame33.真空袋壓工藝中，真空度通常要求不低于________kPa（絕對壓力）。答案：2034.層合板經(jīng)典層合理論（CLT）假設層間________為零，因此無法直接計算層間________應力。答案：剪切變形；正35.熱塑性復合材料自動鋪放（AFP）過程中，關鍵工藝窗口是________溫度與________溫度之間的區(qū)間。答案：熔融；分解36.碳纖維/環(huán)氧層合板在濕熱環(huán)境下，玻璃化轉變溫度Tg通常會________，層間剪切強度會________。答案：降低；降低37.泡沫夾層結構三點彎曲試驗中，面板發(fā)生________破壞時，對應載荷稱為面板皺曲載荷。答案：局部失穩(wěn)38.采用光固化樹脂制造復合材料時，引發(fā)劑吸收峰應與________發(fā)射峰匹配，以提高________效率。答案：光源；固化39.在RTM滲透率測試中，采用________方程可計算纖維預制體面內滲透率。答案：Darcy40.復合材料沖擊后壓縮強度（CAI）試驗中，沖擊能量通常按________J/mm厚度進行歸一化。答案：4.5四、簡答題（每題8分，共40分）41.簡述熱壓罐成型工藝中“架橋”缺陷的形成機理，并給出三種工程預防措施。答案：形成機理：由于拐角區(qū)曲率半徑小，預浸料在固化壓力作用下無法完全貼合模具表面，形成空隙；同時樹脂凝膠前流動性不足，無法填充空隙，導致纖維架空。預防措施：①在拐角區(qū)增加填充膠或膠膜，降低局部剛度；②采用分段抽真空，在升溫前施加0.3MPa預壓，使預浸料預先貼合；③優(yōu)化鋪層，在拐角區(qū)引入±45°鋪層，提高變形能力。42.說明真空輔助樹脂灌注（VARI）工藝中導流介質的作用原理，并指出其對面內滲透率的影響規(guī)律。答案：導流介質為高滲透率的網(wǎng)狀材料，置于增強體上方，形成低阻流道，使樹脂快速覆蓋整個平面，再沿厚度方向浸潤纖維。其存在使面內等效滲透率提高2–4個數(shù)量級，顯著降低填充時間；但過厚會導致纖維體積分數(shù)下降，需權衡設計。43.列舉四種提高環(huán)氧樹脂韌性的方法，并比較其對玻璃化轉變溫度Tg的影響。答案：①添加核殼橡膠：Tg下降5–15°C；②添加熱塑性塑料（PEI、PES）：Tg基本不變或略升；③引入超支化聚合物：Tg略降3–8°C；④構建互穿網(wǎng)絡（IPN）：Tg可保持不變。核殼橡膠對Tg犧牲最大，熱塑性增韌對Tg影響最小。44.解釋連續(xù)纖維增強熱塑性復合材料激光輔助自動鋪放（LATP）中“原位固結”概念，并給出激光功率與輥壓之間的耦合關系。答案：原位固結指在鋪放頭移動過程中，激光瞬時加熱使界面樹脂熔融，經(jīng)壓輥加壓冷卻，實現(xiàn)層間熔合與固化，無需后續(xù)熱壓罐。激光功率P與輥壓F需滿足：P/v∝(T_m–T_0)/h，其中v為鋪放速度，T_m為熔融溫度，T_0為預熱溫度，h為鋪層厚度；F需大于樹脂熔融粘度產(chǎn)生的反力，確保界面緊密接觸，通常F=200–500N。45.給出復合材料層合板固化殘余應力的主要來源，并說明如何通過鋪層優(yōu)化降低殘余應力。答案：來源：①樹脂固化收縮；②熱膨脹系數(shù)不匹配（纖維與樹脂、不同鋪層方向）；③模具約束；④濕度梯度。鋪層優(yōu)化：①采用對稱鋪層，消除彎曲耦合；②平衡0°、90°、±45°比例，降低面內各向異性；③引入低模量90°層，緩解熱失配；④降低固化溫度或采用低溫固化樹脂；⑤采用“軟膜”模具，減少外約束。五、綜合應用題（共50分）46.計算題（15分）某T300/環(huán)氧單向預浸料單層厚度0.125mm，纖維體積分數(shù)V_f=60%，目標制造[0/45/90/45]2s層合板。已知：0°方向單層彈性模量E1=140GPa，90°方向E2=9GPa，ν12=0.3，G12=4.5GPa。（1）計算層合板總厚度；（2）采用經(jīng)典層合理論計算層合板面內等效彈性模量Ex（x為0°方向）。答案：（1）共8層，單層0.125mm，總厚度t=8×0.125=1.0mm。（2）鋪層順序[0/45/90/45]2s，對稱，N=8。計算各鋪層剛度Qij，轉換到全局坐標得Q?ij，求Aij=ΣQ?ij·tk，得A11=1.06×10^5N/mm，A12=2.57×10^4N/mm，A22=4.23×10^4N/mm，A66=3.21×10^4N/mm。求逆得a11=1.02×10^5mm/N，Ex=1/(t·a11)=98GPa。47.分析題（15分）某RTM工藝生產(chǎn)汽車底板，尺寸1m×1m，厚度3mm，纖維體積分數(shù)50%，采用2×2斜紋玻纖織物，面內滲透率K=5×10^10m2，樹脂粘度μ=0.3Pa·s，注射口位于中心點，邊緣抽真空。求最大注射壓力（忽略邊緣效應，假設填充完成時流動前沿半徑R=0.7m）。答案：采用徑向流動模型，t_fill=μ·R2·ln(R/r0)/(4KΔP)，設t_fill=600s，r0=0.01m，解得ΔP=μ·R2·ln(R/r0)/(4K·t_fill)=0.3×0.72×ln(70)/(4×5×10^10×600)=0.32MPa。最大注射壓力P_max=0.32MPa。48.綜合設計題（20分）某無人機機翼蒙皮采用碳纖維/環(huán)氧預浸料，設計載荷：軸向拉力N_x=1500N/mm，剪力N_xy=600N/mm，要求質量最輕，滿足強度準則：σ_t≤600MPa，τ_xy≤80MPa。已知：0°單層厚度0.125mm，允許最大厚度3mm，V_f=60%，0°單層σ_ult=2000MPa，±45°單層τ_ult=120MPa。（1）給出鋪層比例優(yōu)化模型；（2）計算滿足強度要求的最小厚度及對應鋪層數(shù)。答案：（1）設0°