2025年(复合材料工程师)复合材料制备试题及答案

2025年(复合材料工程师)复合材料制备试题及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项的字母填入括号内）1.在环氧树脂基碳纤维预浸料中，最常用的固化剂是（）。A.芳香族二胺B.脂肪族二胺C.酸酐D.酚醛树脂答案：C2.下列哪种纤维与环氧基体界面剪切强度最高（）。A.E玻璃纤维B.高模量碳纤维C.芳纶纤维D.玄武岩纤维答案：B3.RTM工艺中，树脂注入阶段最主要的控制参数是（）。A.模具温度B.注射压力梯度C.纤维体积分数D.固化度答案：B4.热压罐成型时，导致“架桥”缺陷的直接原因是（）。A.固化压力不足B.吸胶层过量C.预浸料铺层角度错误D.真空袋破裂答案：A5.采用真空辅助树脂灌注（VARI）工艺时，为了降低干斑风险，通常将导流网置于（）。A.增强体上方B.增强体下方C.模具表面D.真空袋内侧答案：A6.碳纤维表面等离子体处理的主要目的是（）。A.提高纤维模量B.增加表面粗糙度和活性官能团C.降低密度D.减少单丝直径答案：B7.在层合板[0/45/90/45]s中，90°铺层的主要作用是（）。A.提供纵向刚度B.提供横向刚度C.提高层间剪切D.降低泊松比答案：B8.下列哪种测试方法可直接获得层间断裂韧性GIC（）。A.短梁剪切B.三点弯曲C.双悬臂梁（DCB）D.落锤冲击答案：C9.环氧树脂固化反应属于（）。A.加聚反应B.缩聚反应C.开环聚合D.自由基聚合答案：C10.预浸料冷藏储存的主要目的是（）。A.降低树脂粘度B.延缓固化剂扩散C.抑制B阶段反应D.减少挥发分答案：C11.下列哪种缺陷在超声C扫描中最易识别（）。A.纤维弯曲B.富脂C.分层D.孔隙率<1%答案：C12.决定芳纶纤维纵向拉伸强度的关键结构参数是（）。A.晶区取向度B.微纤螺旋角C.非晶区密度D.表面涂层厚度答案：A13.在热压罐固化曲线中，通常“保温平台”是为了（）。A.消除残余应力B.让水分挥发C.降低放热峰D.提高玻璃化转变温度答案：C14.采用真空袋压工艺时，若真空度突然下降，最先出现的缺陷是（）。A.气泡B.富脂C.厚度超差D.纤维体积分数升高答案：A15.碳纤维/环氧层合板在湿热环境下，最先下降的性能是（）。A.纵向拉伸强度B.层间剪切强度C.纵向拉伸模量D.横向拉伸模量答案：B16.下列哪种树脂体系最适合制造耐高温(>300°C)复合材料结构件（）。A.双马树脂B.不饱和聚酯C.乙烯基酯D.聚氨酯答案：A17.在纤维缠绕成型中，螺旋缠绕的纤维角度α与芯模半径R、缠绕螺距p的关系为（）。A.tanα=2πR/pB.sinα=2πR/pC.cosα=p/2πRD.tanα=p/2πR答案：A18.下列哪种增韧方法对环氧基体冲击后压缩强度（CAI）提升最显著（）。A.添加纳米SiO₂B.添加核壳橡胶粒子C.添加短切碳纤维D.提高交联密度答案：B19.对泡沫夹层结构进行侧压试验时，主要考核芯材的（）。A.剪切强度B.压缩强度C.拉伸强度D.剥离强度答案：B20.采用光固化3D打印连续纤维增强复合材料时，纤维体积分数主要受（）。A.喷嘴直径B.激光功率C.纤维浸渍长度D.打印层厚答案：A二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）21.下列哪些措施可降低RTM填充阶段干斑风险（）。A.优化注射口位置B.提高树脂粘度C.增加导流介质D.降低纤维渗透率E.采用梯度注射答案：A、C、E22.导致热压罐层合板孔隙率升高的直接原因包括（）。A.预浸料挥发分过高B.固化压力不足C.升温速率过快D.真空袋泄漏E.模具表面粗糙度大答案：A、B、C、D23.下列哪些属于热塑性复合材料焊接连接方法（）。A.电阻焊接B.超声焊接C.感应焊接D.胶接E.热压罐共固化答案：A、B、C24.碳纤维表面氧化处理后，界面性能提高的机制包括（）。A.增加表面粗糙度B.引入含氧官能团C.提高纤维模量D.提高化学键合概率E.降低表面能答案：A、B、D25.下列哪些测试可获得复合材料层合板的层间剪切性能（）。A.短梁剪切（ASTMD2344）B.±45°拉伸（ASTMD3518）C.四点弯曲D.Iosipescu剪切（ASTMD5379）E.落锤冲击答案：A、B、D26.下列哪些因素会影响真空袋压工艺纤维体积分数（）。A.真空度B.吸胶层厚度C.预浸料树脂含量D.固化温度E.铺层角度答案：A、B、C27.关于芳纶纤维性能描述正确的是（）。A.密度低于碳纤维B.压缩强度高C.耐冲击性好D.吸湿率高于碳纤维E.紫外稳定性差答案：A、C、D、E28.下列哪些缺陷可通过X射线CT无损检测定量评估（）。A.孔隙率B.分层面积C.纤维波纹度D.纤维体积分数E.界面脱粘答案：A、B、C、E29.在热压罐固化过程中，用于在线监测固化度的传感器包括（）。A.介电传感器B.光纤布拉格光栅C.超声换能器D.热电偶E.应变片答案：A、B、C30.下列哪些属于绿色复合材料发展方向（）。A.生物基树脂B.可回收热塑性树脂C.溶剂型预浸料D.天然纤维增强E.化学可回收环氧答案：A、B、D、E三、填空题（每空1分，共20分）31.环氧树脂固化反应中，常用的促进剂咪唑类衍生物可________固化反应速率，同时降低________温度。答案：加快；固化32.在纤维缠绕张力设计中，采用________定律可建立纤维张力与芯模接触压力之间的关系。答案：Lame33.真空袋压工艺中，真空度通常要求不低于________kPa（绝对压力）。答案：2034.层合板经典层合理论（CLT）假设层间________为零，因此无法直接计算层间________应力。答案：剪切变形；正35.热塑性复合材料自动铺放（AFP）过程中，关键工艺窗口是________温度与________温度之间的区间。答案：熔融；分解36.碳纤维/环氧层合板在湿热环境下，玻璃化转变温度Tg通常会________，层间剪切强度会________。答案：降低；降低37.泡沫夹层结构三点弯曲试验中，面板发生________破坏时，对应载荷称为面板皱曲载荷。答案：局部失稳38.采用光固化树脂制造复合材料时，引发剂吸收峰应与________发射峰匹配，以提高________效率。答案：光源；固化39.在RTM渗透率测试中，采用________方程可计算纤维预制体面内渗透率。答案：Darcy40.复合材料冲击后压缩强度（CAI）试验中，冲击能量通常按________J/mm厚度进行归一化。答案：4.5四、简答题（每题8分，共40分）41.简述热压罐成型工艺中“架桥”缺陷的形成机理，并给出三种工程预防措施。答案：形成机理：由于拐角区曲率半径小，预浸料在固化压力作用下无法完全贴合模具表面，形成空隙；同时树脂凝胶前流动性不足，无法填充空隙，导致纤维架空。预防措施：①在拐角区增加填充胶或胶膜，降低局部刚度；②采用分段抽真空，在升温前施加0.3MPa预压，使预浸料预先贴合；③优化铺层，在拐角区引入±45°铺层，提高变形能力。42.说明真空辅助树脂灌注（VARI）工艺中导流介质的作用原理，并指出其对面内渗透率的影响规律。答案：导流介质为高渗透率的网状材料，置于增强体上方，形成低阻流道，使树脂快速覆盖整个平面，再沿厚度方向浸润纤维。其存在使面内等效渗透率提高2–4个数量级，显著降低填充时间；但过厚会导致纤维体积分数下降，需权衡设计。43.列举四种提高环氧树脂韧性的方法，并比较其对玻璃化转变温度Tg的影响。答案：①添加核壳橡胶：Tg下降5–15°C；②添加热塑性塑料（PEI、PES）：Tg基本不变或略升；③引入超支化聚合物：Tg略降3–8°C；④构建互穿网络（IPN）：Tg可保持不变。核壳橡胶对Tg牺牲最大，热塑性增韧对Tg影响最小。44.解释连续纤维增强热塑性复合材料激光辅助自动铺放（LATP）中“原位固结”概念，并给出激光功率与辊压之间的耦合关系。答案：原位固结指在铺放头移动过程中，激光瞬时加热使界面树脂熔融，经压辊加压冷却，实现层间熔合与固化，无需后续热压罐。激光功率P与辊压F需满足：P/v∝(T_m–T_0)/h，其中v为铺放速度，T_m为熔融温度，T_0为预热温度，h为铺层厚度；F需大于树脂熔融粘度产生的反力，确保界面紧密接触，通常F=200–500N。45.给出复合材料层合板固化残余应力的主要来源，并说明如何通过铺层优化降低残余应力。答案：来源：①树脂固化收缩；②热膨胀系数不匹配（纤维与树脂、不同铺层方向）；③模具约束；④湿度梯度。铺层优化：①采用对称铺层，消除弯曲耦合；②平衡0°、90°、±45°比例，降低面内各向异性；③引入低模量90°层，缓解热失配；④降低固化温度或采用低温固化树脂；⑤采用“软膜”模具，减少外约束。五、综合应用题（共50分）46.计算题（15分）某T300/环氧单向预浸料单层厚度0.125mm，纤维体积分数V_f=60%，目标制造[0/45/90/45]2s层合板。已知：0°方向单层弹性模量E1=140GPa，90°方向E2=9GPa，ν12=0.3，G12=4.5GPa。（1）计算层合板总厚度；（2）采用经典层合理论计算层合板面内等效弹性模量Ex（x为0°方向）。答案：（1）共8层，单层0.125mm，总厚度t=8×0.125=1.0mm。（2）铺层顺序[0/45/90/45]2s，对称，N=8。计算各铺层刚度Qij，转换到全局坐标得Q̄ij，求Aij=ΣQ̄ij·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.分析题（15分）某RTM工艺生产汽车底板，尺寸1m×1m，厚度3mm，纤维体积分数50%，采用2×2斜纹玻纤织物，面内渗透率K=5×10^10m²，树脂粘度μ=0.3Pa·s，注射口位于中心点，边缘抽真空。求最大注射压力（忽略边缘效应，假设填充完成时流动前沿半径R=0.7m）。答案：采用径向流动模型，t_fill=μ·R²·ln(R/r0)/(4KΔP)，设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。最大注射压力P_max=0.32MPa。48.综合设计题（20分）某无人机机翼蒙皮采用碳纤维/环氧预浸料，设计载荷：轴向拉力N_x=1500N/mm，剪力N_xy=600N/mm，要求质量最轻，满足强度准则：σ_t≤600MPa，τ_xy≤80MPa。已知：0°单层厚度0.125mm，允许最大厚度3mm，V_f=60%，0°单层σ_ult=2000MPa，±45°单层τ_ult=120MPa。（1）给出铺层比例优化模型；（2）计算满足强度要求的最小厚度及对应铺层数。答案：（1）设0°