復(fù)合材料測(cè)試題和答案1.單項(xiàng)選擇題（每題1分，共20分）1.1下列增強(qiáng)體中，比強(qiáng)度最高的是A.E玻璃纖維B.芳綸纖維C.高模量碳纖維D.硼纖維答案：C1.2環(huán)氧樹脂固化劑DDS的化學(xué)名稱是A.二氨基二苯甲烷B.二氨基二苯砜C.二氨基二苯醚D.二氨基二苯酮答案：B1.3層合板[0/45/90/45]?s的“s”表示A.對(duì)稱鋪層B.反對(duì)稱鋪層C.均衡鋪層D.準(zhǔn)各向同性答案：A1.4采用三點(diǎn)彎曲測(cè)試時(shí)，若跨厚比L/h=16，則彎曲模量Ef的計(jì)算公式為A.Ef=(L3m)/(4bh3)B.Ef=(L3m)/(bh3)C.Ef=(L3m)/(16bh3)D.Ef=(L3m)/(64bh3)答案：A1.5復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ASTMD2344的試樣厚度通常為A.1mmB.2mmC.4mmD.6mm答案：B1.6在真空輔助樹脂灌注工藝中，導(dǎo)流網(wǎng)的主要作用是A.提高樹脂粘度B.降低纖維體積分?jǐn)?shù)C.加速樹脂流動(dòng)D.抑制氣泡生成答案：C1.7碳纖維表面等離子體處理的目的是A.降低密度B.提高表面活性C.增加直徑D.減少含碳量答案：B1.8下列無損檢測(cè)方法對(duì)分層缺陷最敏感的是A.超聲C掃描B.射線照相C.渦流D.磁粉答案：A1.9濕熱環(huán)境對(duì)環(huán)氧基復(fù)合材料壓縮強(qiáng)度的影響通常表現(xiàn)為A.增加10%B.降低20–30%C.不變D.增加50%答案：B1.10層合板剛度矩陣中，Q??的表達(dá)式為A.E?/(1ν??ν??)B.E?/(1ν??ν??)C.G??D.ν??E?/(1ν??ν??)答案：A1.11采用HalpinTsai公式預(yù)測(cè)單向板橫向模量時(shí)，需輸入的參數(shù)不包括A.纖維體積分?jǐn)?shù)B.基體模量C.纖維直徑D.纖維模量答案：C1.12下列破壞模式中，屬于纖維控制失效的是A.基體開裂B.纖維微屈曲C.界面脫粘D.分層答案：B1.13預(yù)浸料“Bstage”指的是A.完全固化B.部分固化C.未固化D.過固化答案：B1.14采用四點(diǎn)彎曲測(cè)試層間剪切時(shí)，最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在A.上表面B.下表面C.中性層D.加載點(diǎn)答案：C1.15玻璃纖維/環(huán)氧層合板在鹽霧老化1000h后，彎曲強(qiáng)度保留率通常為A.30%B.50%C.70%D.90%答案：C1.16下列因素中，對(duì)纖維體積分?jǐn)?shù)影響最小的是A.固化壓力B.纖維絲束K數(shù)C.樹脂粘度D.模具溫度答案：B1.17采用真空袋壓固化時(shí)，真空度一般要求A.0.02MPaB.0.06MPaC.0.08MPaD.0.1MPa答案：C1.18層合板自由邊效應(yīng)產(chǎn)生的主要原因是A.熱膨脹失配B.泊松比失配C.剪切耦合D.彎曲拉伸耦合答案：B1.19下列樹脂體系耐濕熱性能最好的是A.環(huán)氧B.雙馬來酰亞胺C.不飽和聚酯D.乙烯基酯答案：B1.20采用紅外熱波檢測(cè)時(shí)，激發(fā)熱源頻率越低，可探測(cè)深度A.越淺B.不變C.越深D.與頻率無關(guān)答案：C2.多項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分；多選少選均不得分）2.1下列屬于熱塑性復(fù)合材料優(yōu)點(diǎn)的是A.可重復(fù)熔融B.高韌性C.成型周期短D.耐溶劑性好E.無需固化劑答案：ABCD2.2影響單向板縱向拉伸強(qiáng)度的因素包括A.纖維強(qiáng)度B.界面剪切強(qiáng)度C.纖維體積分?jǐn)?shù)D.纖維取向角E.基體模量答案：ABCD2.3下列測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)可用于測(cè)定層間斷裂韌性GIC的是A.ASTMD5528B.ASTMD7905C.ISO15024D.ASTMD2344E.ASTMD3039答案：AC2.4真空袋壓成型常見缺陷有A.富樹脂區(qū)B.孔隙C.分層D.纖維屈曲E.固化不均答案：ABCDE2.5下列屬于各向異性彈性常數(shù)的是A.E?B.G??C.ν??D.η??,?E.κ??答案：ABCD2.6采用超聲C掃描可檢出的缺陷類型A.分層B.孔隙C.夾雜D.纖維斷裂E.界面脫粘答案：ABCE2.7下列工藝參數(shù)會(huì)影響RTM充模時(shí)間的是A.樹脂粘度B.注射壓力C.纖維滲透率D.模具溫度E.纖維體積分?jǐn)?shù)答案：ABCDE2.8濕熱環(huán)境老化機(jī)理包括A.基體塑化B.界面水解C.纖維氧化D.微裂紋擴(kuò)展E.玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降低答案：ABDE2.9下列屬于天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料缺點(diǎn)的是A.吸濕性強(qiáng)B.熱穩(wěn)定性差C.界面結(jié)合弱D.價(jià)格昂貴E.力學(xué)性能離散大答案：ABCE2.10層合板屈曲分析需輸入的參數(shù)A.面內(nèi)剛度B.厚度C.邊界條件D.初始缺陷E.加載方式答案：ABCE3.填空題（每空1分，共20分）3.1碳纖維T800的拉伸強(qiáng)度典型值為______MPa。答案：58803.2環(huán)氧樹脂DGEBA的環(huán)氧當(dāng)量一般為______g/eq。答案：180–2003.3層合板[0/90]?的總層數(shù)為______層。答案：83.4ASTMD3039規(guī)定拉伸試樣標(biāo)距長(zhǎng)度至少為______mm。答案：1253.5真空袋壓固化時(shí)，透氣氈的作用是______。答案：排出氣泡與揮發(fā)分3.6單向板縱向泊松比ν??的典型范圍為______。答案：0.25–0.353.7采用Iosipescu法測(cè)試剪切強(qiáng)度時(shí)，試樣缺口角度為______°。答案：903.8層間剪切強(qiáng)度符號(hào)通常記為______。答案：S??或τ??3.9熱壓罐成型時(shí)，升溫速率一般控制在______°C/min。答案：1–33.10復(fù)合材料密度ρ的測(cè)定采用______方法。答案：排水法（阿基米德法）3.11纖維體積分?jǐn)?shù)Vf與質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wf的關(guān)系式為______。答案：Vf=(Wf/ρf)/(Wf/ρf+Wm/ρm)3.12層合板彎曲剛度D??的單位為______。答案：N·m3.13玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)常用______。答案：DMA或DSC3.14層間斷裂韌性GIC的單位為______。答案：J/m23.15預(yù)浸料冷藏溫度通常為______°C。答案：183.16真空灌注樹脂的凝膠時(shí)間一般大于______min。答案：303.17復(fù)合材料疲勞SN曲線中，N=10?對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為______。答案：疲勞極限3.18層合板熱膨脹系數(shù)αx的計(jì)算需用到______張量轉(zhuǎn)換。答案：剛度3.19采用紅外熱像檢測(cè)時(shí)，表面發(fā)射率應(yīng)大于______。答案：0.83.20層合板最大應(yīng)力準(zhǔn)則認(rèn)為當(dāng)______應(yīng)力達(dá)到單向板強(qiáng)度時(shí)發(fā)生破壞。答案：任一方向（縱向、橫向或剪切）4.簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）4.1寫出單向板縱向拉伸強(qiáng)度σ?u的混合律表達(dá)式，并說明各符號(hào)含義。答案：σ?u=Vfσfu+Vmσmu，其中Vf為纖維體積分?jǐn)?shù)，σfu為纖維拉伸強(qiáng)度，Vm為基體體積分?jǐn)?shù)，σmu為基體在纖維斷裂應(yīng)變下的應(yīng)力。4.2簡(jiǎn)述真空輔助樹脂灌注工藝中“干斑”缺陷的形成機(jī)理及預(yù)防措施。答案：干斑因局部纖維滲透率過低或樹脂流動(dòng)前沿停滯導(dǎo)致。預(yù)防措施：優(yōu)化導(dǎo)流網(wǎng)布置、提高注射壓力、降低樹脂粘度、設(shè)置多點(diǎn)注膠口、實(shí)時(shí)監(jiān)控流動(dòng)前沿。4.3說明層合板濕熱膨脹系數(shù)βx的測(cè)試步驟。答案：1)制備[0]?單向板；2)測(cè)量初始長(zhǎng)度L?；3)置于85°C/85%RH環(huán)境至飽和吸濕；4)取出立即測(cè)量長(zhǎng)度L?；5)計(jì)算βx=(L?L?)/(L?ΔM)，ΔM為含水率變化。4.4比較熱固性與熱塑性復(fù)合材料在損傷容限方面的差異。答案：熱塑性基體韌性高，裂紋擴(kuò)展阻力大，層間斷裂韌性GIC高2–3倍；熱固性脆性大，損傷容限低，但界面粘結(jié)強(qiáng)，疲勞性能略優(yōu)。4.5列舉三種提高纖維/基體界面剪切強(qiáng)度的方法并給出原理。答案：1)等離子體處理：引入極性基團(tuán)，提高化學(xué)鍵合；2)上漿劑：形成過渡層，降低應(yīng)力集中；3)納米增韌：在界面引入納米粒子，增加機(jī)械互鎖與塑性變形。5.計(jì)算題（共50分）5.1單向板縱向模量計(jì)算（10分）已知：Ef=230GPa，Em=3.5GPa，Vf=60%。求E?。答案：E?=VfEf+VmEm=0.6×230+0.4×3.5=139.4GPa。5.2層合板A、B、D矩陣計(jì)算（15分）鋪層[0/45/90/45]s，每層厚0.125mm，共8層。已知Q??=140GPa，Q??=10GPa，Q??=3GPa，Q??=5GPa。求A??。答案：A??=Σ(Q??)?t?=140×0.125×2+(140+10+10+10)×0.125×2=140×0.25+170×0.25=77.5kN/mm。5.3濕熱應(yīng)變計(jì)算（10分）[0/90]?s層合板，α?=0.5×10??/°C，α?=30×10??/°C，ΔT=100°C，β?=0，β?=0.003，ΔM=1%。求90°層濕熱應(yīng)變?chǔ)?。答案：ε?=α?ΔT+β?ΔM=30×10??×(100)+0.003×0.01=0.003+0.00003=0.00297。5.4層間剪切強(qiáng)度設(shè)計(jì)（15分）矩形梁寬b=15mm，厚h=4mm，三點(diǎn)彎曲跨距L=64mm，破壞載荷P=1.2kN。按ASTMD2344計(jì)算短梁強(qiáng)度SBS。答案：SBS=3P/(4bh)=3×1200/(4×15×4)=15MPa。6.綜合分析題（共50分）6.1某風(fēng)電葉片主梁采用單向碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸料，設(shè)計(jì)厚度40mm，鋪層[0]???，要求纖維體積分?jǐn)?shù)≥58%。生產(chǎn)過程中出現(xiàn)超聲C掃描大面積高衰減區(qū)，截面金相顯示孔隙率4%，局部富樹脂。請(qǐng)：(1)分析孔隙產(chǎn)生的主要原因（6分）；(2)給出降低孔隙率的工藝措施（6分）；(3)評(píng)估孔隙率對(duì)縱向壓縮強(qiáng)度的影響（給出經(jīng)驗(yàn)公式與計(jì)算，8分）。答案：(1)原因：預(yù)浸料揮發(fā)分高、固化壓力不足、升溫速率過快、真空袋密封泄漏。(2)措施：預(yù)浸料預(yù)烘80°C4h、熱壓罐壓力0.6MPa、分段升溫1°C/min、二次真空。(3)經(jīng)驗(yàn)公式：σc=σc?(14.2Vp)，Vp=0.04，σc?=1200MPa，則σc=1200×(14.2×0.04)=998MPa，下降16.8%。6.2某T300/環(huán)氧層合板在飛機(jī)服役環(huán)境下經(jīng)歷ΔT=120°C的熱循環(huán)，出現(xiàn)微裂紋密度達(dá)2條/mm。試：(1)建立熱殘余應(yīng)力解析模型并給出0°層應(yīng)力表達(dá)式（10分）；(2)提出抑制熱開裂的設(shè)計(jì)方案（10分）；(3)說明如何采用聲發(fā)射技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微裂紋（10分）。答案：(1)σ?=E?(αxα?)ΔT，其中αx=(A??α?+A??α?)/(A??+A??)，代入E?=140GPa，α?=0.2×10??，α?=28×10??，得σ?=126MPa。(2)降低ΔT梯度、選用低α?樹脂、鋪層引入±45°限制裂紋、提高基體韌性、添加納米橡膠。(3)在翼梁側(cè)面布置寬帶聲發(fā)射傳感器（150–400kHz），設(shè)置幅度閾值45dB，采用時(shí)差定位算法，實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)率>10次/s報(bào)警，疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證定位誤差<5mm。7.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題（共20分）7.1設(shè)計(jì)一套研究濕熱循環(huán)對(duì)碳纖維/