2025年复合材料成型工艺试题及答案

2025年复合材料成型工艺试题及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.在热压罐成型工艺中，决定纤维体积分数的关键参数是（）A.固化温度B.固化压力C.升温速率D.真空度答案：B2.下列哪种成型方法最适合制备变厚度、大曲率碳纤维复合材料机翼前缘（）A.RTMB.热压罐C.自动铺丝D.模压答案：C3.对环氧/碳纤维预浸料而言，18℃冷藏的主要目的是抑制（）A.吸湿B.树脂结晶C.固化反应D.纤维氧化答案：C4.在真空辅助树脂灌注（VARI）中，导流网铺设位置通常位于（）A.结构层上表面B.结构层下表面C.脱模布与结构层之间D.真空袋内侧答案：C5.下列缺陷中，哪一项最可能在热压罐快速降温阶段产生（）A.孔隙B.分层C.富脂D.纤维屈曲答案：B6.自动铺带（ATL）与自动铺丝（AFP）最核心的差异在于（）A.加热方式B.丝束宽度与分切能力C.压实力大小D.铺放速度答案：B7.在RTM充模模拟中，采用Darcy定律时，渗透率张量单位正确的是（）A.m²B.m/sC.m²/sD.m³/(Pa·s)答案：A8.对热塑性复合材料热压成型，下列哪种焊接方式可获得最高焊缝剪切强度（）A.热板焊B.感应焊C.超声焊D.激光焊答案：D9.在热压罐固化过程中，常用的“两阶段固化”制度中第二阶段升温的主要目的是（）A.降低黏度B.完成玻璃化转变C.提高交联密度D.除去挥发分答案：C10.对泡沫夹芯结构，下列哪种芯材在180℃环氧固化循环后压缩强度保持率最高（）A.PVCB.PMIC.PETD.PUR答案：B11.在复合材料热压罐成型中，真空袋破损最可能导致的缺陷是（）A.富脂B.贫胶C.孔隙D.纤维错位答案：C12.对碳纤维/PEEK热塑性预浸料，铺放前红外加热的主要目的是（）A.去除水分B.降低结晶度C.提高表面能D.软化树脂答案：D13.在压缩模塑SMC时，提高模温会显著降低（）A.固化时间B.纤维取向C.制品收缩率D.表面粗糙度答案：A14.下列哪种无损检测方法对厚50mmCFRP分层缺陷灵敏度最高（）A.超声C扫描B.射线DRC.红外热像D.声发射答案：A15.对真空袋成型，下列密封胶带中耐温最高的是（）A.丁基胶B.硅橡胶C.丙烯酸酯D.氟橡胶答案：D16.在热压罐工艺中，常用的“吸胶层”材料是（）A.尼龙66B.聚酯毡C.玻璃纤维毡D.铝箔答案：C17.对环氧体系，DSC测试得到的外推起始固化温度T_onset主要用于指导（）A.冷藏温度B.凝胶点温度C.后固化温度D.升温速率答案：B18.在AFP铺放过程中，压辊温度一般控制在（）A.室温B.树脂T_g以下20℃C.树脂熔点以上20℃D.树脂分解温度以下50℃答案：C19.对热固性复合材料，采用“后固化”处理的主要目的是（）A.降低孔隙率B.提高玻璃化转变温度C.增加纤维体积分数D.改善表面光泽答案：B20.在VARI工艺中，树脂桶内维持0.05MPa负压，若大气压为0.1MPa，则实际灌注驱动力为（）A.0.05MPaB.0.1MPaC.0.15MPaD.0.2MPa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.下列哪些因素会显著影响热压罐成型层合板孔隙率（）A.预浸料挥发分含量B.真空袋密封性C.固化压力D.纤维表面偶联剂类型答案：A、B、C22.关于热塑性复合材料焊接，下列说法正确的是（）A.激光焊需添加吸收剂B.感应焊适合CF/PEEKC.超声焊需导能筋D.热板焊无界面污染答案：A、C23.在RTM充模过程中，出现“干斑”缺陷的直接原因可能包括（）A.注射压力过低B.纤维预制体局部渗透率异常低C.排气口堵塞D.树脂黏度过高答案：A、B、C、D24.下列哪些措施可降低热压罐成型能耗（）A.采用外热式模具B.降低升温速率C.优化真空管路D.采用共固化整体成型答案：A、C、D25.对碳纤维/环氧层合板，采用热压罐固化后产生“弹簧回弹”现象，其主要原因有（）A.模具与复合材料热膨胀系数不匹配B.铺层不对称C.固化残余应力D.纤维体积分数过低答案：A、B、C26.在AFP铺放过程中，实时监测丝束质量的传感器包括（）A.红外高温计B.激光宽度传感器C.压电式张力传感器D.视觉缺陷检测相机答案：B、C、D27.下列哪些属于液体成型工艺（）A.SCRIMPB.RTMC.VARTMD.BMC模压答案：A、B、C28.对泡沫夹芯结构，下列哪些试验可评价面板芯材界面剪切强度（）A.短梁剪切B.滚筒剥离C.爬鼓剥离D.平面拉伸答案：B、C29.在热压罐工艺中，常用的模具材料有（）A.INVAR钢B.铝C.环氧树脂复材D.碳纤维复材答案：A、B、C、D30.下列哪些参数可用于评估热固性树脂固化度（）A.玻璃化转变温度T_gB.残余焓ΔH_resC.储能模量G′D.凝胶时间答案：A、B、C三、填空题（每空1分，共20分）31.热压罐成型中，预浸料铺贴角度误差一般要求不超过±____°。答案：132.对环氧体系，DSC测试得到的ΔH与理论ΔH_0之比称为____。答案：固化度33.在RTM中，达西定律表达式为u=−(K/μ)∇P，其中μ表示____。答案：树脂动力黏度34.自动铺丝常用丝束宽度为1/8in、1/4in、____in。答案：1/235.对CF/PEEK热塑性层合板，焊接界面结晶度越高，焊缝____强度越高。答案：剪切36.热压罐固化常用的“吸胶层”单位面积质量一般为____g/m²。答案：50–150（任一合理值均给分）37.在VARI工艺中，树脂灌注结束后继续抽真空____分钟可有效降低孔隙。答案：30–60（任一合理值均给分）38.对泡沫夹芯结构，滚筒剥离强度单位是____。答案：N·mm/mm或N/mm39.热压罐成型中，模具与预浸料之间铺设脱模布的主要目的是____。答案：便于脱模并控制表面粗糙度40.对环氧/碳纤维层合板，固化后玻璃化转变温度T_g一般要求比使用温度高____℃以上。答案：3041.在AFP铺放中，压辊施加的法向压力典型值为____N。答案：500–2000（任一合理值均给分）42.对热塑性复合材料，激光焊接中常采用____作为吸收剂。答案：炭黑或Clearweld（任一合理答案均给分）43.热压罐固化中，常用的“真空泄漏率”要求小于____mbar·L/s。答案：0.244.对SMC模压，纤维质量分数一般为____%。答案：50–65（任一合理值均给分）45.在RTM充模模拟中，采用有限体积法时需满足____条件以保证质量守恒。答案：连续性46.对CFRP层合板，采用热压罐共固化加筋壁板时，筋条填充物常用____材料。答案：泡沫或软木47.在热压罐工艺中，模具热膨胀系数与复合材料差异过大将导致____缺陷。答案：残余应力或变形48.对环氧体系，凝胶点后继续升温将导致体系进入____区。答案：橡胶态49.在VARI中，树脂桶液面下降速率突然增大可能预示____。答案：泄漏或预制体穿透50.对热塑性复材，感应焊接中常用的感受器材料为____。答案：不锈钢网或镍铬合金四、简答题（每题8分，共40分）51.简述热压罐成型中“两阶段固化”制度的制定原则，并说明各阶段的主要控制目标。答案：第一阶段在树脂低黏度区（通常80–120℃）保温，目标为充分流动、浸润纤维并排除挥发分；第二阶段升温至最终固化温度（通常180℃），目标为完成交联反应，提高交联密度和T_g。制定原则：①通过DSC确定凝胶温度和外推固化温度；②通过流变曲线确定低黏度平台区；③通过TGA确认挥发分释放峰；④保证第一阶段真空度<0.02MPa，第二阶段压力≥0.6MPa；⑤降温速率≤2℃/min以减少残余应力。52.列举并解释RTM工艺中导致“干斑”缺陷的三种典型原因，给出相应解决措施。答案：①注射压力不足，树脂无法穿透高纤维体积区：提高注射压力或采用梯度注射；②局部渗透率异常低，由纤维预制体压实不均引起：优化预制体缝合或增加局部导流网；③排气口堵塞，气体滞留：增设排气口并采用真空辅助抽气。其他合理原因如树脂黏度过高、流道设计不合理等亦可给分，措施对应即可。53.对比自动铺带（ATL）与自动铺丝（AFP）在设备结构、材料形式、应用对象三方面的差异。答案：设备结构：ATL采用宽75–300mm单条带，无分切功能；AFP采用多束3–32mm丝束，可独立放卷/切断/重送。材料形式：ATL用预浸带，背衬纸连续；AFP用窄丝束，背衬纸窄或无。应用对象：ATL适合0–30°小曲率壁板；AFP适合大曲率、变厚度、加筋开口区。AFP压辊自由度多（通常为6轴以上），ATL多为5轴。54.说明热塑性复合材料激光焊接的工艺步骤，并指出关键控制参数。答案：步骤：①表面处理（去油污、等离子体活化）；②添加吸收剂（炭黑或Clearweld）；③夹紧试样；④激光扫描加热界面；⑤加压冷却。关键参数：激光功率密度（1–10W/mm²）、扫描速度（5–50mm/s）、压力（0.5–2MPa）、光斑直径（1–3mm）、冷却速率（>50℃/min以保证结晶度）。55.给出泡沫夹芯结构滚筒剥离试验的标准名称、试样尺寸、加载速率及结果计算公式。答案：标准：ASTMD1781。试样：宽25mm、长300mm，面板厚0.5–2mm，芯厚10–50mm。加载速率：25mm/min。结果：剥离强度P=F/b，其中F为平均剥离力（N），b为试样宽度（mm），单位N·mm/mm或N/mm。五、计算题（共30分）56.（10分）某环氧/碳纤维层合板采用热压罐固化，单层预浸料厚度0.125mm，目标纤维体积分数V_f=60%。已知纤维ρ_f=1.8g/cm³，树脂ρ_r=1.2g/cm³，预浸料面密度为200g/m²。求：（1）单层固化后厚度；（2）达到目标V_f所需层数n，若最终板厚2mm。答案：（1）固化后单层厚度t_c=面密度/(ρ_f·V_f+ρ_r·(1−V_f))=200/(1.8×0.6+1.2×0.4)=200/(1.08+0.48)=200/1.56=128.2g/m²每mm，故t_c=0.128mm。（2）n=2/0.128≈15.6→取16层。57.（10分）RTM圆形平板预制体直径300mm，厚4mm，纤维体积分数55%。树脂黏度μ=0.3Pa·s，渗透率K=1×10⁻¹⁰m²，注射压力ΔP=0.5MPa。采用中心注射、径向流动，忽略边缘效应，求充模时间t。提示：径向流充模时间t=(μ·φ·R²)/(4K·ΔP)，其中φ为孔隙率=1−V_f。答案：φ=0.45，R=0.15m，代入t=(0.3×0.45×0.15²)/(4×1×10⁻¹⁰×0.5×10⁶)=(0.3×0.45×0.0225)/(2×10⁻⁴)=0.0030375/2×10⁻⁴=15.2s。58.（10分）某热压罐固化层合板对称铺层[0/45/90/45]_s，共8层，单层厚度0.125mm，模具有限元分析得降温后曲率κ_x=0.02m⁻¹，κ_y=0.01m⁻¹。已知层合板宽度b=200mm，长度L=300mm，求自由状态下角变形θ_x及最大翘曲高度δ。提示：θ=κ·L，δ=κ·L²/8。答案：θ_x=0.02×0.3=0.006rad≈0.34°；δ=0.02×0.3²/8=0.000225m=0.225mm。六、综合应用题（共30分）59.（15分）某型无人机机翼前缘需制造变厚度、大曲率碳纤维/环氧复合材料整体制件，长度1.5m，最大曲率半径150mm，根部厚度6mm，尖部2mm，带“Ω”形加筋。试从材料、工艺、设备、质量控制四个方面论证选用自动铺丝（AFP）+热压罐共固化方案的合理性，并给出潜在风险及缓解措施。答案：材料：选用高韧性环氧/碳纤维预浸料，T_g>120℃，满足80℃使用环境；预浸料幅宽1/4in适合AFP分切。工艺：AFP可实现±45°变角度铺放，厚度通过层数实时调整；共固化整体成型减少装配；热压罐提供0.6MPa压力，保证高纤维体积分数。设备：6轴AFP机器人+热压罐ø3m×6m，满足尺寸；在线激光加热>400℃保证黏性；铺放速度20m/min。质量控