2026年大學(xué)階段測(cè)試(復(fù)合材料工程)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(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，纖維與基體界面剪切強(qiáng)度τ_i的常用微觀測(cè)試方法是（）A.三點(diǎn)彎曲B.微脫粘C.夏比沖擊D.硬度壓痕答案：B2.對(duì)于單向碳纖維/環(huán)氧層合板，若纖維體積分?jǐn)?shù)V_f=60%，纖維縱向彈性模量E_f=230GPa，基體模量E_m=3GPa，按混合律估算縱向模量E_L約為（）A.138GPaB.142GPaC.146GPaD.150GPa答案：A3.下列哪種缺陷最容易在熱壓罐成型過(guò)程中因“橋接”效應(yīng)產(chǎn)生（）A.孔隙B.富脂區(qū)C.層間剝離D.纖維屈曲答案：C4.采用真空輔助樹(shù)脂灌注（VARI）工藝時(shí)，樹(shù)脂粘度一般要求低于（）A.0.1Pa·sB.0.5Pa·sC.1.0Pa·sD.2.0Pa·s答案：B5.根據(jù)經(jīng)典層合板理論，對(duì)稱正交鋪層[0/90]_4s的B矩陣為（）A.零矩陣B.對(duì)角矩陣C.滿矩陣D.單位矩陣答案：A6.碳纖維表面電化學(xué)氧化處理的主要目的是（）A.提高纖維模量B.增加表面粗糙度與活性官能團(tuán)C.降低密度D.提高導(dǎo)電性答案：B7.在ASTMD3039拉伸試驗(yàn)中，若試樣寬度為15mm，厚度為2mm，則推薦的加強(qiáng)片長(zhǎng)度為（）A.25mmB.38mmC.50mmD.65mm答案：C8.下列關(guān)于芳綸纖維（Kevlar）的描述，錯(cuò)誤的是（）A.具有負(fù)軸向熱膨脹系數(shù)B.壓縮強(qiáng)度遠(yuǎn)低于拉伸強(qiáng)度C.吸濕率可忽略D.對(duì)紫外線敏感答案：C9.采用HalpinTsai公式估算隨機(jī)短纖維復(fù)合材料面內(nèi)模量時(shí)，當(dāng)纖維長(zhǎng)徑比l/d→∞，模量預(yù)測(cè)趨近于（）A.串聯(lián)模型下限B.并聯(lián)模型上限C.Cox模型D.混合律上限答案：D10.在熱壓罐固化過(guò)程中，施加真空的主要作用是（）A.提高纖維體積分?jǐn)?shù)B.降低固化度C.抑制孔隙形成D.加快升溫速率答案：C11.對(duì)環(huán)氧/玻纖層合板進(jìn)行后固化處理，通常溫度比玻璃化轉(zhuǎn)變溫度T_g低（）A.10℃B.20℃C.30℃D.50℃答案：B12.下列無(wú)損檢測(cè)方法中，對(duì)深層分層最敏感的是（）A.超聲C掃描B.紅外熱像C.渦流D.目視答案：A13.采用TsaiWu張量準(zhǔn)則時(shí)，若材料在12平面內(nèi)為橫觀各向同性，則獨(dú)立強(qiáng)度參數(shù)個(gè)數(shù)為（）A.5B.6C.7D.9答案：B14.在RTM充模模擬中，達(dá)西定律的滲透率張量單位正確的是（）A.m2B.m/sC.m/s2D.m3答案：A15.對(duì)碳纖維/PEEK熱塑性預(yù)浸料進(jìn)行熱壓成型時(shí)，典型熔融溫度區(qū)間為（）A.280–300℃B.340–380℃C.420–450℃D.500–520℃答案：B16.當(dāng)層合板邊緣出現(xiàn)“白邊”現(xiàn)象，其本質(zhì)是（）A.纖維斷裂B.基體微裂紋C.界面脫粘D.氧化答案：B17.采用GIM法制備SiC_f/SiC復(fù)合材料時(shí)，中間界面層常用材料為（）A.SiO?B.PyCC.Al?O?D.TiN答案：B18.在濕熱環(huán)境下，環(huán)氧基復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度ILSS通常會(huì)（）A.升高>10%B.基本不變C.下降10–30%D.下降>50%答案：C19.對(duì)泡沫夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)行四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，其芯材剪切模量G_c可通過(guò)（）計(jì)算A.面板屈服載荷B.初始剛度C.芯材剪切破壞載荷D.撓度曲線斜率答案：C20.根據(jù)Griffith脆性斷裂理論，復(fù)合材料斷裂韌性G_IC與臨界應(yīng)變能釋放率關(guān)系為（）A.G_IC=πσ2a/EB.G_IC=K_IC2/EC.G_IC=K_IC2/E′D.G_IC=σ√(πa)答案：C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，錯(cuò)選、多選、漏選均不得分）21.下列哪些因素會(huì)顯著影響纖維/基體界面剪切強(qiáng)度（）A.纖維表面粗糙度B.基體韌性C.固化收縮率D.纖維直徑答案：ABC22.關(guān)于層合板A、B、D矩陣的正確描述包括（）A.A為面內(nèi)剛度B.B為耦合剛度C.D為彎曲剛度D.A、B、D均對(duì)稱答案：ABCD23.采用真空袋成型時(shí)，常見(jiàn)輔助材料有（）A.脫模布B.導(dǎo)流網(wǎng)C.透氣氈D.密封膠帶答案：ACD24.下列屬于熱塑性復(fù)合材料焊接連接方式的有（）A.電阻焊B.感應(yīng)焊C.超聲焊D.膠接答案：ABC25.在復(fù)合材料疲勞試驗(yàn)中，R=0.1表示（）A.應(yīng)力比B.最小應(yīng)力為最大應(yīng)力的10%C.平均應(yīng)力為正D.為拉拉疲勞答案：ABCD26.下列關(guān)于碳纖維表面漿劑的功能，正確的有（）A.保護(hù)纖維B.提高界面粘結(jié)C.抗靜電D.提高纖維模量答案：ABC27.采用光學(xué)顯微鏡對(duì)層合板進(jìn)行孔隙率評(píng)定時(shí)，需測(cè)量（）A.孔隙面積B.視場(chǎng)總面積C.孔隙周長(zhǎng)D.最大孔隙直徑答案：AB28.對(duì)蜂窩夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)行側(cè)壓試驗(yàn)，可獲得的性能指標(biāo)有（）A.芯材平壓強(qiáng)度B.芯材剪切強(qiáng)度C.面板屈服強(qiáng)度D.節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度答案：ABD29.下列哪些方法可用于提高環(huán)氧基體韌性（）A.橡膠增韌B.熱塑性顆粒增韌C.交聯(lián)密度提高D.核殼粒子增韌答案：ABD30.關(guān)于復(fù)合材料環(huán)境影響，正確的有（）A.紫外導(dǎo)致表面粉化B.濕熱降低T_gC.鹽霧腐蝕纖維D.熱循環(huán)誘發(fā)微裂紋答案：ABD三、填空題（每空1分，共20分）31.單向?qū)雍习蹇v向拉伸強(qiáng)度σ_Lt由混合律估算公式為σ_Lt=________×V_f+________×(1?V_f)，當(dāng)基體屈服后主要承載體為_(kāi)_______。答案：σ_f；σ_m；纖維32.在ASTMD7264四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中，跨距比L/h一般取________，以保證破壞模式為_(kāi)_______。答案：32；外層纖維拉伸破壞33.對(duì)于[±45]_2s層合板，在面內(nèi)剪切試驗(yàn)中得到的剪切模量G_12約為_(kāi)_______方向的模量，其值可用________公式近似。答案：±45°；±45°拉伸試驗(yàn)34.真空袋成型中，真空度通常保持≥________kPa，以防止________缺陷。答案：?85；孔隙35.碳纖維/環(huán)氧層合板典型層間斷裂韌性G_IC值約為_(kāi)_______J/m2，而G_IIC通常比G_IC高_(dá)_______倍。答案：200–300；2–336.熱壓罐固化過(guò)程中，升溫速率一般控制在________℃/min，以避免________梯度引起翹曲。答案：1–3；溫度37.對(duì)于泡沫夾層結(jié)構(gòu)，面板局部屈曲臨界應(yīng)力σ_cr與芯材________模量、面板________模量及厚度有關(guān)。答案：剪切；彈性38.在RTM工藝中，充模時(shí)間與滲透率成________比，與樹(shù)脂粘度成________比。答案：反；正39.熱塑性復(fù)合材料激光焊接時(shí)，能量輸入主要被________吸收轉(zhuǎn)化為_(kāi)_______，使界面熔融。答案：炭黑或顏料；熱能40.采用Cox模型估算短纖維復(fù)合材料臨界長(zhǎng)度l_c的公式為l_c=________，其中τ_my為_(kāi)_______。答案：σ_f×d/(2τ_my)；基體屈服剪切強(qiáng)度四、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）41.簡(jiǎn)述纖維/基體界面微觀結(jié)合機(jī)制，并說(shuō)明如何通過(guò)表面處理提高界面剪切強(qiáng)度。答案：界面結(jié)合包括機(jī)械嚙合、化學(xué)鍵合、范德華力及擴(kuò)散纏結(jié)。提高方法：①電化學(xué)氧化增加表面粗糙度和羧基、羥基活性基團(tuán)；②上漿劑引入偶聯(lián)劑，與纖維和基體形成共價(jià)橋；③等離子體處理清除弱邊界層并引入極性基團(tuán)；④控制固化工藝減少收縮應(yīng)力。綜合使τ_i提高20–50%。42.寫(xiě)出對(duì)稱層合板經(jīng)典層合板理論的力應(yīng)變關(guān)系式，并解釋A、B、D矩陣物理意義。答案：{N}[AB]{ε?}{M}=[BD]{κ}A：面內(nèi)剛度，表示單位寬度力與面內(nèi)應(yīng)變關(guān)系；B：耦合剛度，表示面內(nèi)力與曲率、彎矩與面內(nèi)應(yīng)變關(guān)系；D：彎曲剛度，表示單位寬度彎矩與曲率關(guān)系。對(duì)稱鋪層B=0，消除拉伸彎曲耦合。43.說(shuō)明真空輔助樹(shù)脂灌注（VARI）工藝中“干斑”形成原因及解決措施。答案：原因：①樹(shù)脂粘度上升過(guò)快；②導(dǎo)流網(wǎng)設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致流動(dòng)前緣不均；③真空泄漏使壓力梯度下降；④纖維束滲透率低。措施：①優(yōu)化導(dǎo)流介質(zhì)提高面內(nèi)滲透率；②設(shè)置多條進(jìn)膠口和真空口；③實(shí)時(shí)監(jiān)控前緣調(diào)整閥門(mén)；④真空袋密封檢查，保持真空度≥?90kPa；⑤樹(shù)脂預(yù)熱降粘。44.對(duì)比熱固與熱塑性復(fù)合材料在損傷容限方面的差異，并給出典型沖擊后壓縮強(qiáng)度（CAI）數(shù)據(jù)。答案：熱固性：交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，脆性大，沖擊易分層，CAI約200–250MPa（T300/環(huán)氧）；熱塑性：線性分子，韌性高，層間剪切屈服可耗散能量，CAI可達(dá)300–350MPa（CF/PEEK）。熱塑性可通過(guò)熔融焊補(bǔ)，損傷擴(kuò)展慢，耐疲勞性能優(yōu)。45.簡(jiǎn)述蜂窩夾層結(jié)構(gòu)平壓試驗(yàn)步驟，并給出芯材平壓強(qiáng)度σ_c計(jì)算公式。答案：步驟：①切取50×50mm試樣；②打磨保證端面平行；③安裝位移計(jì)；④以0.5mm/min加載至屈服或5%應(yīng)變；⑤記錄最大載荷P_max。公式：σ_c=P_max/A，A為芯材橫截面積。需報(bào)告屈服強(qiáng)度、壓縮模量及破壞模式。五、計(jì)算題（共30分）46.（10分）已知單向碳纖維/環(huán)氧層合板V_f=65%，E_f=230GPa，E_m=3.0GPa，ν_f=0.2，ν_m=0.35。求：(1)縱向彈性模量E_L；(2)橫向彈性模量E_T（串聯(lián)模型）；(3)縱向泊松比ν_LT。答案：(1)E_L=0.65×230+0.35×3=150GPa(2)1/E_T=0.65/230+0.35/3?E_T≈8.1GPa(3)ν_LT=0.65×0.2+0.35×0.35=0.26747.（10分）對(duì)稱層合板[0/45/?45/90]_2s總厚度t=2mm，單層厚度0.125mm。已知單層工程常數(shù)E_1=140GPa，E_2=10GPa，G_12=5GPa，ν_12=0.3。求：(1)面內(nèi)A矩陣元素A_11；(2)若施加N_x=1000N/mm，求中面應(yīng)變?chǔ)臺(tái)x?。答案：?jiǎn)螌雍穸萾_k=0.125mm，共16層。Q_11=E_1/(1?ν_12ν_21)=140/(1?0.3×0.0214)=141.1GPaA_11=Σ(Q_11)_kt_k=141.1×(4×0.125)+38.1×(4×0.125)+…綜合方向余弦得A_11=181.2kN/mmε_(tái)x?=N_x/A_11=1000/181200=5.52×10?348.（10分）泡沫夾層梁寬b=50mm，芯厚h_c=20mm，面板厚t_f=1mm，四點(diǎn)彎曲跨距L=400mm，載荷P=800N時(shí)測(cè)得中點(diǎn)撓度δ=2mm。忽略剪切變形，求：(1)面板彈性模量E_f；(2)若考慮芯材剪切變形，已知G_c=30MPa，修正后撓度δ′。答案：(1)簡(jiǎn)支梁公式δ=PL3/(48EI_eq)，I_eq≈bt_f(h_c+t_f)2/2=50×1×212/2=11025mm?E_f=PL3/(48δI_eq)=800×4003/(48×2×11025)=19.3GPa(2)剪切修正δ′=δ+PL/(4bh_cG_c)=2+800×400/(4×50×20×30)=2+2.67=4.67mm六、綜合設(shè)計(jì)與分析題（共40分）49.（20分）某無(wú)人機(jī)機(jī)翼蒙皮采用T300/環(huán)氧單向預(yù)浸料，設(shè)計(jì)載荷為軸向N_x=1500N/mm，剪力N_xy=600N/mm，要求質(zhì)量最輕且滿足：(1)面內(nèi)安全系數(shù)≥2；(2)屈曲臨界載荷≥3倍設(shè)計(jì)載荷；(3)采用對(duì)稱鋪層，0°比例≥60%。已知單層厚度0.125mm，允許最大厚度4mm，材料許用應(yīng)變?chǔ)臺(tái)all=4000με，E_1=140GPa，E_2=10GPa，G_12=5GPa。試：①確定鋪層順序與層數(shù)；②驗(yàn)證面內(nèi)強(qiáng)度；③用簡(jiǎn)化公式估算軸向加筋板格屈曲應(yīng)力σ_cr并判斷是否滿足。答案：①選[0_12/45_2/?45_2/90_2]_s，共32層，厚度4mm，0°占比75%。②中面剛度A_11=140×12×0.125×2=420kN/mm，ε_(tái)x?=1500/420000=3571με<4000με，安全系數(shù)2.24>2；剪應(yīng)變?chǔ)胈xy?=600/120000=5000με，需±45°提供剪切剛度，計(jì)算得τ_xy=600/40=15MPa，許用τ_all=50MPa，安全。③四邊簡(jiǎn)支板格a=200mm，b=100mm，σ_cr=k_cπ2D_11/(b2t)，k_c≈6.3，D_11=140×0.125×(12×2)×(22)/12=1400kN·mm，σ_cr=6.3×π2×1400/(1002×4)=2.17kN/mm2，設(shè)計(jì)σ=1500/4=0.375kN/mm2，臨界倍數(shù)5.8>3，滿足。50.（20分）某航天器支架采用CF/PEEK熱塑性復(fù)合材料管，外徑D=80mm，壁厚t=2mm，鋪層[±15]_6s，承受軸向壓力F=150kN與扭矩T=3kN·m聯(lián)合作用。已知單層E_1=130GPa，E_2=10GPa，G_12=5GPa，ν_12=0.3，X_t=2000MPa，X