复合材料测试题和答案

复合材料测试题和答案1.单项选择题（每题1分，共20分）1.1下列增强体中，比强度最高的是A.E玻璃纤维B.芳纶纤维C.高模量碳纤维D.硼纤维答案：C1.2环氧树脂固化剂DDS的化学名称是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层合板[0/45/90/45]₂s的“s”表示A.对称铺层B.反对称铺层C.均衡铺层D.准各向同性答案：A1.4采用三点弯曲测试时，若跨厚比L/h=16，则弯曲模量Ef的计算公式为A.Ef=(L³m)/(4bh³)B.Ef=(L³m)/(bh³)C.Ef=(L³m)/(16bh³)D.Ef=(L³m)/(64bh³)答案：A1.5复合材料层间剪切强度测试标准ASTMD2344的试样厚度通常为A.1mmB.2mmC.4mmD.6mm答案：B1.6在真空辅助树脂灌注工艺中，导流网的主要作用是A.提高树脂粘度B.降低纤维体积分数C.加速树脂流动D.抑制气泡生成答案：C1.7碳纤维表面等离子体处理的目的是A.降低密度B.提高表面活性C.增加直径D.减少含碳量答案：B1.8下列无损检测方法对分层缺陷最敏感的是A.超声C扫描B.射线照相C.涡流D.磁粉答案：A1.9湿热环境对环氧基复合材料压缩强度的影响通常表现为A.增加10%B.降低20–30%C.不变D.增加50%答案：B1.10层合板刚度矩阵中，Q₁₁的表达式为A.E₁/(1ν₁₂ν₂₁)B.E₂/(1ν₁₂ν₂₁)C.G₁₂D.ν₁₂E₂/(1ν₁₂ν₂₁)答案：A1.11采用HalpinTsai公式预测单向板横向模量时，需输入的参数不包括A.纤维体积分数B.基体模量C.纤维直径D.纤维模量答案：C1.12下列破坏模式中，属于纤维控制失效的是A.基体开裂B.纤维微屈曲C.界面脱粘D.分层答案：B1.13预浸料“Bstage”指的是A.完全固化B.部分固化C.未固化D.过固化答案：B1.14采用四点弯曲测试层间剪切时，最大剪应力出现在A.上表面B.下表面C.中性层D.加载点答案：C1.15玻璃纤维/环氧层合板在盐雾老化1000h后，弯曲强度保留率通常为A.30%B.50%C.70%D.90%答案：C1.16下列因素中，对纤维体积分数影响最小的是A.固化压力B.纤维丝束K数C.树脂粘度D.模具温度答案：B1.17采用真空袋压固化时，真空度一般要求A.0.02MPaB.0.06MPaC.0.08MPaD.0.1MPa答案：C1.18层合板自由边效应产生的主要原因是A.热膨胀失配B.泊松比失配C.剪切耦合D.弯曲拉伸耦合答案：B1.19下列树脂体系耐湿热性能最好的是A.环氧B.双马来酰亚胺C.不饱和聚酯D.乙烯基酯答案：B1.20采用红外热波检测时，激发热源频率越低，可探测深度A.越浅B.不变C.越深D.与频率无关答案：C2.多项选择题（每题2分，共20分；多选少选均不得分）2.1下列属于热塑性复合材料优点的是A.可重复熔融B.高韧性C.成型周期短D.耐溶剂性好E.无需固化剂答案：ABCD2.2影响单向板纵向拉伸强度的因素包括A.纤维强度B.界面剪切强度C.纤维体积分数D.纤维取向角E.基体模量答案：ABCD2.3下列测试标准可用于测定层间断裂韧性GIC的是A.ASTMD5528B.ASTMD7905C.ISO15024D.ASTMD2344E.ASTMD3039答案：AC2.4真空袋压成型常见缺陷有A.富树脂区B.孔隙C.分层D.纤维屈曲E.固化不均答案：ABCDE2.5下列属于各向异性弹性常数的是A.E₁B.G₁₂C.ν₂₃D.η₁₂,₁E.κ₂₂答案：ABCD2.6采用超声C扫描可检出的缺陷类型A.分层B.孔隙C.夹杂D.纤维断裂E.界面脱粘答案：ABCE2.7下列工艺参数会影响RTM充模时间的是A.树脂粘度B.注射压力C.纤维渗透率D.模具温度E.纤维体积分数答案：ABCDE2.8湿热环境老化机理包括A.基体塑化B.界面水解C.纤维氧化D.微裂纹扩展E.玻璃化转变温度降低答案：ABDE2.9下列属于天然纤维增强复合材料缺点的是A.吸湿性强B.热稳定性差C.界面结合弱D.价格昂贵E.力学性能离散大答案：ABCE2.10层合板屈曲分析需输入的参数A.面内刚度B.厚度C.边界条件D.初始缺陷E.加载方式答案：ABCE3.填空题（每空1分，共20分）3.1碳纤维T800的拉伸强度典型值为______MPa。答案：58803.2环氧树脂DGEBA的环氧当量一般为______g/eq。答案：180–2003.3层合板[0/90]₄的总层数为______层。答案：83.4ASTMD3039规定拉伸试样标距长度至少为______mm。答案：1253.5真空袋压固化时，透气毡的作用是______。答案：排出气泡与挥发分3.6单向板纵向泊松比ν₁₂的典型范围为______。答案：0.25–0.353.7采用Iosipescu法测试剪切强度时，试样缺口角度为______°。答案：903.8层间剪切强度符号通常记为______。答案：S₁₃或τ₁₃3.9热压罐成型时，升温速率一般控制在______°C/min。答案：1–33.10复合材料密度ρ的测定采用______方法。答案：排水法（阿基米德法）3.11纤维体积分数Vf与质量分数Wf的关系式为______。答案：Vf=(Wf/ρf)/(Wf/ρf+Wm/ρm)3.12层合板弯曲刚度D₁₁的单位为______。答案：N·m3.13玻璃化转变温度Tg的测试标准常用______。答案：DMA或DSC3.14层间断裂韧性GIC的单位为______。答案：J/m²3.15预浸料冷藏温度通常为______°C。答案：183.16真空灌注树脂的凝胶时间一般大于______min。答案：303.17复合材料疲劳SN曲线中，N=10⁶对应的应力称为______。答案：疲劳极限3.18层合板热膨胀系数αx的计算需用到______张量转换。答案：刚度3.19采用红外热像检测时，表面发射率应大于______。答案：0.83.20层合板最大应力准则认为当______应力达到单向板强度时发生破坏。答案：任一方向（纵向、横向或剪切）4.简答题（每题8分，共40分）4.1写出单向板纵向拉伸强度σ₁u的混合律表达式，并说明各符号含义。答案：σ₁u=Vfσfu+Vmσmu，其中Vf为纤维体积分数，σfu为纤维拉伸强度，Vm为基体体积分数，σmu为基体在纤维断裂应变下的应力。4.2简述真空辅助树脂灌注工艺中“干斑”缺陷的形成机理及预防措施。答案：干斑因局部纤维渗透率过低或树脂流动前沿停滞导致。预防措施：优化导流网布置、提高注射压力、降低树脂粘度、设置多点注胶口、实时监控流动前沿。4.3说明层合板湿热膨胀系数βx的测试步骤。答案：1)制备[0]ₙ单向板；2)测量初始长度L₀；3)置于85°C/85%RH环境至饱和吸湿；4)取出立即测量长度L₁；5)计算βx=(L₁L₀)/(L₀ΔM)，ΔM为含水率变化。4.4比较热固性与热塑性复合材料在损伤容限方面的差异。答案：热塑性基体韧性高，裂纹扩展阻力大，层间断裂韧性GIC高2–3倍；热固性脆性大，损伤容限低，但界面粘结强，疲劳性能略优。4.5列举三种提高纤维/基体界面剪切强度的方法并给出原理。答案：1)等离子体处理：引入极性基团，提高化学键合；2)上浆剂：形成过渡层，降低应力集中；3)纳米增韧：在界面引入纳米粒子，增加机械互锁与塑性变形。5.计算题（共50分）5.1单向板纵向模量计算（10分）已知：Ef=230GPa，Em=3.5GPa，Vf=60%。求E₁。答案：E₁=VfEf+VmEm=0.6×230+0.4×3.5=139.4GPa。5.2层合板A、B、D矩阵计算（15分）铺层[0/45/90/45]s，每层厚0.125mm，共8层。已知Q₁₁=140GPa，Q₂₂=10GPa，Q₁₂=3GPa，Q₆₆=5GPa。求A₁₁。答案：A₁₁=Σ(Q₁₁)ₖtₖ=140×0.125×2+(140+10+10+10)×0.125×2=140×0.25+170×0.25=77.5kN/mm。5.3湿热应变计算（10分）[0/90]₂s层合板，α₁=0.5×10⁻⁶/°C，α₂=30×10⁻⁶/°C，ΔT=100°C，β₁=0，β₂=0.003，ΔM=1%。求90°层湿热应变ε₂。答案：ε₂=α₂ΔT+β₂ΔM=30×10⁻⁶×(100)+0.003×0.01=0.003+0.00003=0.00297。5.4层间剪切强度设计（15分）矩形梁宽b=15mm，厚h=4mm，三点弯曲跨距L=64mm，破坏载荷P=1.2kN。按ASTMD2344计算短梁强度SBS。答案：SBS=3P/(4bh)=3×1200/(4×15×4)=15MPa。6.综合分析题（共50分）6.1某风电叶片主梁采用单向碳纤维/环氧预浸料，设计厚度40mm，铺层[0]₂₀₀，要求纤维体积分数≥58%。生产过程中出现超声C扫描大面积高衰减区，截面金相显示孔隙率4%，局部富树脂。请：(1)分析孔隙产生的主要原因（6分）；(2)给出降低孔隙率的工艺措施（6分）；(3)评估孔隙率对纵向压缩强度的影响（给出经验公式与计算，8分）。答案：(1)原因：预浸料挥发分高、固化压力不足、升温速率过快、真空袋密封泄漏。(2)措施：预浸料预烘80°C4h、热压罐压力0.6MPa、分段升温1°C/min、二次真空。(3)经验公式：σc=σc₀(14.2Vp)，Vp=0.04，σc₀=1200MPa，则σc=1200×(14.2×0.04)=998MPa，下降16.8%。6.2某T300/环氧层合板在飞机服役环境下经历ΔT=120°C的热循环，出现微裂纹密度达2条/mm。试：(1)建立热残余应力解析模型并给出0°层应力表达式（10分）；(2)提出抑制热开裂的设计方案（10分）；(3)说明如何采用声发射技术实时监测微裂纹（10分）。答案：(1)σ₁=E₁(αxα₁)ΔT，其中αx=(A₁₁α₁+A₂₂α₂)/(A₁₁+A₂₂)，代入E₁=140GPa，α₁=0.2×10⁻⁶，α₂=28×10⁻⁶，得σ₁=126MPa。(2)降低ΔT梯度、选用低α₂树脂、铺层引入±45°限制裂纹、提高基体韧性、添加纳米橡胶。(3)在翼梁侧面布置宽带声发射传感器（150–400kHz），设置幅度阈值45dB，采用时差定位算法，实时计数率>10次/s报警，疲劳试验验证定位误差<5mm。7.实验设计题（共20分）7.1设计一套研究湿热循环对碳纤维/