复合材料技艺培训试卷及答案2025年

复合材料技艺培训试卷及答案2025年1.（单选）下列纤维中，比强度最高的是A.E玻璃纤维B.T700S碳纤维C.芳纶Kevlar®49D.高模量沥青基碳纤维2.（单选）环氧树脂/酸酐体系固化时，最常用的促进剂是A.2甲基咪唑B.三乙醇胺C.三氟化硼单乙胺D.二甲基苯胺3.（单选）真空袋压成型时，导致“桥接”缺陷的主要原因是A.树脂黏度过低B.真空度不足C.透气毡铺放过厚D.袋膜未打褶4.（单选）预浸料冷藏库标准储存条件是A.−18℃±2℃，相对湿度<60%B.−5℃±2℃，相对湿度<40%C.0℃±2℃，相对湿度<50%D.4℃±2℃，相对湿度<70%5.（单选）下列成型工艺中，成型压力最低的是A.RTMB.热压罐C.模压D.手糊6.（单选）复合材料层合板[0/45/90/−45]s的等效剪切模量Gxy，主要与哪组铺层相关A.0°层B.45°与−45°层C.90°层D.全部铺层7.（单选）采用ASTMD3039进行拉伸性能测试时，试样标距长度应为A.25mmB.50mmC.100mmD.150mm8.（单选）蜂窝夹层结构平压强度试验中，压头加载速度为A.0.5mm/minB.1.0mm/minC.2.0mm/minD.5.0mm/min9.（单选）下列无损检测方法中，对分层最敏感的是A.超声C扫描B.射线DRC.涡流D.目视10.（单选）热压罐固化过程中，导致“贫胶”的直接原因是A.升温速率过快B.保温时间过长C.真空泄漏D.预浸料树脂含量偏低11.（单选）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.降低纤维直径C.增加表面活性基团D.去除上浆剂12.（单选）下列树脂体系，耐湿热性能最好的是A.环氧/DDMB.环氧/酚醛C.双马来酰亚胺D.不饱和聚酯13.（单选）复合材料螺栓连接，最适用于高疲劳载荷的紧固件材料是A.304不锈钢B.7075T6铝合金C.Ti6Al4V钛合金D.45钢14.（单选）采用真空辅助灌注（VARI）时，树脂入口位置应设置在A.制件最高点B.制件最低点C.制件中心D.任意位置15.（单选）下列关于层间剪切强度（ILSS）的描述，正确的是A.与纤维体积分数无关B.随固化温度升高而线性增加C.主要受基体控制D.随试样厚度增加而显著增大16.（单选）复合材料结构修理中，外贴补片的最小搭接长度一般取A.10mmB.20mmC.30mmD.50mm17.（单选）采用红外热波检测时，加热脉冲宽度对检测深度的影响规律是A.脉冲越宽，检测深度越浅B.脉冲越宽，检测深度越深C.与深度无关D.先增后减18.（单选）下列关于热膨胀系数（CTE）匹配的描述，错误的是A.碳纤维轴向CTE为负值B.树脂基体CTE通常大于纤维C.CTE差异导致残余应力D.高模量纤维可降低层间CTE失配19.（单选）复合材料风电叶片前缘防护最常用的材料是A.聚氨酯涂层B.环氧腻子C.热塑性弹性体膜D.镍基合金20.（单选）根据GB/T33542014，碳纤维单向板0°拉伸弹性模量试验，试样宽度为A.10mmB.15mmC.25mmD.50mm21.（多选）下列属于热塑性复合材料优点的是A.可焊接B.成型周期短C.耐化学腐蚀D.损伤容限高E.无需后固化22.（多选）导致RTM成型“干斑”缺陷的可能原因有A.注射压力不足B.纤维预成型体渗透率过低C.树脂凝胶时间过长D.排气口堵塞E.模具温度过低23.（多选）下列关于蜂窝芯材的描述，正确的有A.六边形蜂窝芯的泊松比为1B.蜂窝芯密度降低，平压强度线性下降C.蜂窝芯可沿L、W、T三方向剪切D.蜂窝芯浸胶后可提高剪切模量E.蜂窝芯节点胶失效会导致芯材屈曲24.（多选）复合材料层合板弯曲刚度D11与下列哪些参数相关A.单层厚度B.铺层角度C.层数D.纤维体积分数E.层合板总厚度25.（多选）下列属于复合材料机械连接失效模式的有A.净拉伸B.剪切C.挤压D.劈裂E.拉脱26.（多选）下列关于光固化树脂的描述，正确的有A.采用阳离子引发剂时体积收缩小B.自由基型固化速度快C.氧抑制效应显著D.后固化可提高玻璃化转变温度E.适用于大型厚壁制件27.（多选）下列关于热压罐工艺能耗优化的措施，可行的有A.降低固化温度B.缩短保温段C.采用内加热模具D.回收真空泵尾气热能E.提高升温速率28.（多选）复合材料船舶结构防火设计需考虑A.树脂低烟无毒B.芯材阻燃等级C.舱壁隔热层厚度D.结构完整性E.表面温度上升速率29.（多选）下列关于碳纤维回收技术的描述，正确的有A.热解法可获得短切纤维B.流化床法纤维强度保留率>90%C.超临界醇法可去除上浆剂D.机械法能耗最低E.回收纤维可用于非承力部件30.（多选）下列关于复合材料疲劳寿命预测方法的描述，正确的有A.剩余刚度法需建立刚度退化模型B.剩余强度法需大量试验C.渐进疲劳模型可模拟基体裂纹扩展D.神经网络法需训练集E.累积损伤法不考虑载荷顺序效应31.（填空）单向碳纤维/环氧层合板纵向弹性模量E1，可按混合律估算：E1=EfVf+EmVm。已知Ef=230GPa，Em=3.5GPa，Vf=0.6，则E1=________GPa。（保留一位小数）32.（填空）ASTMD2344短梁剪切试验中，跨厚比规定为________。33.（填空）真空袋压工艺中，真空度通常要求不低于________kPa（绝对压力）。34.（填空）蜂窝夹层结构滚筒剥离试验，剥离速度为________mm/min。35.（填空）GB/T14562021规定，夹层结构平压试样边长为________mm。36.（填空）环氧树脂固化反应放热峰温度Tp与升温速率β的关系可用Kissinger方程描述，其表达式为________。37.（填空）复合材料热压罐固化过程中，通常采用________传感器监测模具内部温度。38.（填空）风电叶片主梁帽常用________铺层顺序实现单向承载。39.（填空）碳纤维表面氧等离子体处理，接触角可降低至________°以下，表明表面润湿性显著提高。40.（填空）液体成型用双组分聚氨酯树脂，混合比例偏差应控制在±________%以内，否则性能下降明显。41.（简答）说明真空辅助灌注（VARI）工艺中“树脂分布网”的作用及选用原则。42.（简答）列举三种提高碳纤维/环氧界面剪切强度的表面处理方法，并比较其优缺点。43.（简答）简述热压罐固化过程中“压实阶段”的工艺要点及其对孔隙率的影响机理。44.（简答）说明复合材料层合板“湿热膨胀系数”测试的基本步骤及关键设备。45.（简答）阐述蜂窝夹层结构侧压破坏的三种典型模式及对应的预防措施。46.（简答）解释“残余应力”对复合材料层合板压缩强度的影响，并给出两种降低残余应力的工艺手段。47.（简答）说明复合材料螺栓连接“挤压强度”试验中，为何需限制试样端距与边距。48.（简答）概述热塑性复合材料“感应焊接”原理及其工艺窗口控制要点。49.（简答）给出复合材料船舶结构“防火分隔”设计时需满足的三项性能指标及对应试验标准。50.（简答）说明碳纤维回收“超临界水法”工艺流程及纤维性能保留率水平。51.（计算）某T300/环氧单向板，单层厚度0.125mm，铺层[0/45/90/−45]2s，共16层。已知0°层E1=135GPa，E2=9GPa，G12=5GPa，ν12=0.3。采用经典层合板理论，计算该层合板面内等效弹性模量Ex（x方向为0°方向）。给出完整计算过程，保留两位小数。52.（计算）风电叶片主梁帽宽度400mm，设计载荷下轴向拉力N=2500kN/m，采用T700S碳纤维/环氧单向带，单层厚度0.15mm，纤维体积分数60%，T700S纤维强度σf=4900MPa，取安全系数2.0，层间强度折减系数0.85。求所需铺层数，并校核是否满足极限载荷要求。53.（计算）蜂窝夹层板，面板为T300/环氧编织布，厚度0.2mm，密度1.6g/cm³；芯材为铝蜂窝，密度0.05g/cm³，厚度10mm。试计算该夹层板的面密度（kg/m²）。若要求面密度≤2.5kg/m²，面板厚度最大可增至多少？（保留三位小数）54.（计算）RTM工艺注射圆形平板，半径R=0.3m，纤维预成型体渗透率K=5×10⁻¹⁰m²，树脂黏度μ=0.3Pa·s，厚度h=3mm，注射压力ΔP=0.3MPa。采用达西定律径向流模型，计算树脂充满时间t（秒）。公式：t=(μφr²ln(r/r0))/(2KΔP)，其中φ=0.5，r0=0.01m。55.（计算）复合材料层合板固化温度历程可用一维瞬态导热模型描述。已知厚度d=20mm，热扩散率α=1.2×10⁻⁷m²/s，初始温度20℃，热压罐温度以2℃/min升温。忽略内热源，求层合板中心温度达到180℃所需时间（分钟）。提示：采用Heisler图，Bi→0，θ/θi=0.05。56.（综合）某无人机机翼盒段采用碳纤维/环氧蒙皮+铝蜂窝夹层结构，设计载荷：弯矩M=15kN·m，剪力Q=9kN，翼盒宽度b=300mm，高度h=120mm，面板厚度t=0.8mm，蜂窝芯厚度tc=10mm，铝蜂窝剪切强度τc=1.2MPa，面板许用应力σ=600MPa。（1）校核面板正应力是否满足要求；（2）校核蜂窝芯材剪切强度是否满足要求；（3）若面板改用[0/45/90/−45]s对称层合板，给出铺层顺序及0°层比例，使Ex≥90GPa，Gxy≥15GPa，并说明理由。57.（综合）某次热压罐固化后，超声C扫描发现层合板大面积孔隙率>5%。已知：预浸料树脂含量32%，理论纤维体积分数58%，固化制度125℃/2h+180℃/4h，真空度−0.095MPa，升温速率2℃/min。（1）分析产生高孔隙率的三大可能原因；（2）提出工艺优化方案，使孔隙率降至<1%；（3）给出验证试验方案及合格判据。58.（综合）某汽车传动轴采用碳纤维/环氧缠绕结构，内径50mm，壁厚3mm，设计扭矩T=3.5kN·m，安全系数2.5，材料许用剪应力τ=280MPa。（1）按薄壁圆筒理论校核剪应力是否满足；（2）若采用±45°螺旋缠绕，求缠绕角θ对扭转刚度的影响规律，并给出最优角度范围；（3）说明缠绕张力对纤维体积分数及孔隙率的耦合影响，并提出张力控制曲线。59.（综合）复合材料船舶桅杆高12m，采用碳纤维/环氧圆管，外径200mm，壁厚6mm，顶端受水平集中力F=2kN，材料E=120GPa，压缩强度σc=600MPa，考虑侧向屈曲。（1）计算桅杆顶端最大挠度；（2）按欧拉公式校核整体屈曲安全系数；（3）若采用分阶段变厚度设计，给出厚度分布函数，使挠度≤L/250，质量最小。60.（综合）某航天器支架采用M55J/氰酸酯层合板，服役温度−150℃~+120℃，需承受10000次热循环。已知：M55J轴向CTE=−0.5×10⁻⁶/℃，氰酸酯基体CTE=55×10⁻⁶/℃，单层厚度0.05mm，铺层[0/60/−60]4s。（1）计算室温20℃下层合板纵向热应力σ1；（2）预测热循环后基体裂纹密度，采用剪切滞后模型，给出公式及参数；（3）提出降低热循环损伤的铺层优化方案，并验证其热应力下降幅度。参考答案1.B2.A3.D4.A5.D6.B7.B8.A9.A10.D11.C12.C13.C14.B15.C16.C17.B18.D19.A20.B21.ABCD22.ABDE23.CDE24.ABCDE25.ABCDE26.ABCD27.ABCD28.ABCDE29.ACDE30.ABCD31.140.932.4:133.334.25.435.6036.ln(β/Tp²)=ln(AR/Ea)−Ea/(RTp)37.热电偶38.[0]n39.2040.241.树脂分布网（FlowMedium）作用：在VARI工艺中实现树脂快速均匀分布，缩短注射时间，降低注射压力，避免干斑。选用原则：1.渗透率高于纤维预成型体一个数量级；2.耐树脂腐蚀，不与固化剂反应；3.易于剥离，不污染制件；4.厚度0.51mm，压缩变形小；5.成本可控，可一次性使用。42.（1）氧等离子体：优点：设备简单、处理快；缺点：深度有限、需真空。（2）阳极氧化：优点：可连续化、成本低；缺点：废水处理。（3）上浆剂改性：优点：与基体匹配好；缺点：需高温去除、工艺窗口窄。43.压实阶段：在升温至凝胶点前，保持全真空+微正压（0.050.1MPa），使树脂充分浸润并排除空气与挥发分。机理：树脂黏度先降后升，低黏阶段真空驱动气泡迁移至边缘，微正压使纤维紧密接触，降低孔隙率。44.步骤：1.试样置于85℃/85%RH环境至饱和；2.测量饱和前后尺寸变化；3.在TMA设备中以5℃/min升温，记录膨胀曲线；4.计算湿热膨胀系数β=Δε/ΔT。关键设备：恒温恒湿箱、TMA、游标卡尺。45.模式：1.芯材剪切屈曲—提高芯材剪切模量；2.面板皱曲—增加面板厚度或芯材密度；3.整体屈曲—增加夹层厚度或设置加强筋。预防：选用高剪切芯材、优化面板厚度、设置纵向隔板。46.残余应力使层合板提前微屈曲，降低压缩强度。手段：1.降低固化温度后固化；2.采用低CTE树脂或添加纳米填料。47.限制端距e≥3d、边距b≥2d，防止劈裂和剪切破坏，确保挤压面充分承载。48.感应焊接：利用碳纤维导电性，通过高频感应加热界面处的热塑性基体至熔融，加压冷却实现焊接。窗口：功率密度2040kW/m²，压力0.20.5MPa，时间1030s，温度高于熔点20℃。49.指标：1.耐火完整性E30—ISO834；2.隔热性I30—背火温升≤140℃；3.烟密度Ds≤200—ISO5659。50.流程：1.废件破碎；2.超临界水（374℃,22.1MPa）反应30min；3.树脂分解为低分子油；4.过滤回收纤维；5.干燥。保留率：拉伸强度8590%，模量9095%。51.按经典层合板理论计算得Ex=76.38GPa。52.所需铺层数n=28层，极限载荷下应力σ=4900/2=2450MPa，实际应力σa=2500×10³/(28×0.15×10⁻³×0.6×0.85)=2320MPa<2450MPa，满足。53.面密度=2×0.2×10×1.6+0.05×10=6.9kg/m²>2.5kg/m²，需减重；设面板厚度t，则2t×10×1.6+0.05×10≤2.5，解得t≤0.062mm。54.代入公式得t=1083s≈18min。55.由Heisler图，θ/θi=0.05，Fo=1.03，t=Fo·d²/α=1.03×(0.01)²/(1.2×10⁻⁷)=858s≈14.3min，升温段需(18020)/2=80min，总时间94.3min。56.（1）σ=M/(bth)=15×10³/(0.3×0.8×10⁻³×0.12)=521MPa<600MPa，满足；（2）τ=Q/(btc)=9×10³/(0.3×0.01)=3MPa>1.2MPa，不满足，需