航空航天材料性能與測(cè)試技術(shù)知識(shí)要點(diǎn)

綜合試卷第=PAGE1*2-11頁（共=NUMPAGES1*22頁） 綜合試卷第=PAGE1*22頁（共=NUMPAGES1*22頁）PAGE①姓名所在地區(qū)姓名所在地區(qū)身份證號(hào)密封線1.請(qǐng)首先在試卷的標(biāo)封處填寫您的姓名，身份證號(hào)和所在地區(qū)名稱。2.請(qǐng)仔細(xì)閱讀各種題目的回答要求，在規(guī)定的位置填寫您的答案。3.不要在試卷上亂涂亂畫，不要在標(biāo)封區(qū)內(nèi)填寫無關(guān)內(nèi)容。一、選擇題1.航空航天材料的主要功能指標(biāo)包括：

a)強(qiáng)度、韌性、塑性、疲勞

b)導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、抗沖擊性、耐磨性

c)密度、強(qiáng)度、彈性、耐腐蝕性

d)介電性、吸水性、導(dǎo)磁性、抗沖擊性

答案：a)強(qiáng)度、韌性、塑性、疲勞

解題思路：航空航天材料需要在極端環(huán)境中使用，因此必須具有高強(qiáng)度、韌性和良好的塑性來抵抗機(jī)械應(yīng)力的作用。同時(shí)材料的疲勞功能也非常重要，以抵抗反復(fù)應(yīng)力導(dǎo)致的損傷。

2.以下哪種材料不屬于航空航天材料的范疇：

a)鈦合金

b)碳纖維復(fù)合材料

c)塑料

d)高強(qiáng)度鋼

答案：c)塑料

解題思路：塑料材料一般不適用于航空航天領(lǐng)域，因?yàn)樗鼈兊哪蜏匦浴?qiáng)度和抗腐蝕性通常達(dá)不到要求。鈦合金、碳纖維復(fù)合材料和高強(qiáng)度鋼則因?yàn)槠鋬?yōu)異的功能被廣泛用于航空航天工業(yè)。

3.航空航天材料的高溫功能主要表現(xiàn)在：

a)高溫強(qiáng)度、高熱穩(wěn)定性

b)耐腐蝕性、耐磨損性

c)抗氧化性、抗熱震性

d)介電性、吸水性

答案：a)高溫強(qiáng)度、高熱穩(wěn)定性

解題思路：航空航天材料在使用過程中可能遇到極高溫度的環(huán)境，因此材料需具備良好的高溫強(qiáng)度和高熱穩(wěn)定性來保證其功能。

4.航空航天材料的低溫功能主要表現(xiàn)在：

a)高溫強(qiáng)度、高熱穩(wěn)定性

b)耐腐蝕性、耐磨損性

c)抗氧化性、抗熱震性

d)低溫脆性、低沖擊韌性

答案：d)低溫脆性、低沖擊韌性

解題思路：在極低溫環(huán)境下，材料的低溫脆性和低沖擊韌性可能成為主要問題。因此，低溫功能是航空航天材料功能的重要組成部分。

5.航空航天材料的力學(xué)功能測(cè)試方法主要包括：

a)室溫拉伸、壓縮、彎曲

b)疲勞測(cè)試、沖擊測(cè)試

c)液氮溫度下的拉伸、壓縮、彎曲

d)低溫疲勞測(cè)試、低溫沖擊測(cè)試

答案：a)室溫拉伸、壓縮、彎曲

解題思路：室溫下的力學(xué)功能測(cè)試是評(píng)價(jià)材料基本力學(xué)行為的重要方法。雖然低溫和極端環(huán)境下的測(cè)試也非常重要，但室溫測(cè)試通常作為基礎(chǔ)的測(cè)試步驟。

6.以下哪種材料不屬于航空航天結(jié)構(gòu)材料的范疇：

a)鈦合金

b)碳纖維復(fù)合材料

c)塑料

d)高強(qiáng)度鋼

答案：c)塑料

解題思路：航空航天結(jié)構(gòu)材料通常要求高強(qiáng)度和良好的結(jié)構(gòu)完整性。塑料一般不符合這些要求，因此不屬于航空航天結(jié)構(gòu)材料。

7.航空航天材料的熱處理方法主要包括：

a)正火、退火、淬火

b)鍍膜、涂層、離子注入

c)熱塑性加工、冷塑性加工

d)納米化、薄膜化

答案：a)正火、退火、淬火

解題思路：正火、退火和淬火是改變材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能的常用熱處理方法，常用于改善航空航天材料的機(jī)械功能和微觀結(jié)構(gòu)。其他選項(xiàng)提到的工藝主要用于材料表面的改性。二、填空題1.航空航天材料的______是保證結(jié)構(gòu)安全和使用功能的基礎(chǔ)。

答案：力學(xué)功能

解題思路：力學(xué)功能是材料在外力作用下的行為，包括強(qiáng)度、韌性、塑性等，這是評(píng)價(jià)材料是否能承受載荷、保證結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵指標(biāo)。

2.航空航天材料的______主要是指其在高溫環(huán)境下的抗氧化功能。

答案：高溫功能

解題思路：高溫功能是指材料在高溫條件下仍能保持其結(jié)構(gòu)和功能的能力，特別是抗氧化功能，對(duì)防止材料在高溫環(huán)境下腐蝕。

3.航空航天材料的______主要是指其在低溫環(huán)境下的脆性。

答案：低溫功能

解題思路：低溫功能涉及到材料在低溫下的物理功能，特別是脆性，即材料在低溫時(shí)抗沖擊和斷裂的能力，是評(píng)估材料能否在低溫環(huán)境中應(yīng)用的關(guān)鍵指標(biāo)。

4.航空航天材料的______是指材料在載荷作用下的變形能力。

答案：延展性

解題思路：延展性是指材料在受力時(shí)能夠變形而不破裂的能力，這是衡量材料可塑性和加工功能的重要指標(biāo)。

5.航空航天材料的______是指材料在反復(fù)載荷作用下的破壞功能。

答案：疲勞功能

解題思路：疲勞功能是指材料在循環(huán)載荷作用下發(fā)生疲勞裂紋和破壞的能力，這對(duì)于航空器在長時(shí)間高應(yīng)力環(huán)境下的可靠運(yùn)行。三、判斷題1.航空航天材料的熱膨脹系數(shù)越小，其在高溫環(huán)境下的變形越小。（）

答案：√

解題思路：熱膨脹系數(shù)是描述材料在溫度變化時(shí)體積變化的物理量。熱膨脹系數(shù)越小，材料在溫度變化時(shí)體積變化越小，因此在高溫環(huán)境下，材料的變形也就越小。

2.航空航天材料的耐腐蝕功能越好，其使用壽命越長。（）

答案：√

解題思路：耐腐蝕功能是指材料抵抗周圍介質(zhì)侵蝕的能力。在航空航天領(lǐng)域，材料長時(shí)間暴露在腐蝕性環(huán)境中，耐腐蝕功能好的材料能夠更好地保持其原有的功能，從而延長使用壽命。

3.航空航天材料的力學(xué)功能與材料的密度成正比關(guān)系。（）

答案：×

解題思路：力學(xué)功能是指材料在受力時(shí)抵抗變形和破壞的能力。力學(xué)功能與材料的密度并非成正比關(guān)系，材料的力學(xué)功能還受到其晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分等因素的影響。

4.航空航天材料的沖擊韌性越好，其結(jié)構(gòu)的安全性越高。（）

答案：√

解題思路：沖擊韌性是指材料在受到?jīng)_擊載荷時(shí)抵抗斷裂的能力。沖擊韌性越好，材料在受到?jīng)_擊載荷時(shí)越不容易發(fā)生斷裂，因此結(jié)構(gòu)的安全性越高。

5.航空航天材料的熱處理過程會(huì)影響其組織和功能。（）

答案：√

解題思路：熱處理是通過加熱和冷卻材料來改變其組織和功能的過程。航空航天材料的熱處理過程可以調(diào)整材料的晶粒大小、析出相形態(tài)等，從而影響材料的力學(xué)功能、耐腐蝕功能等。四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述航空航天材料在高溫環(huán)境下的主要功能要求。

答案：

航空航天材料在高溫環(huán)境下的主要功能要求包括：

良好的高溫強(qiáng)度和抗氧化性，以承受高溫下的力學(xué)負(fù)荷；

低的蠕變速度，保證在長時(shí)間高溫作用下材料的穩(wěn)定性；

良好的熱膨脹系數(shù)，減少熱應(yīng)力引起的熱變形；

低的導(dǎo)熱系數(shù)，減少熱傳導(dǎo)引起的溫度梯度；

良好的抗熱震性，適應(yīng)溫度的快速變化。

解題思路：

針對(duì)高溫環(huán)境下的功能要求，首先應(yīng)考慮材料的耐高溫功能，然后是材料的抗氧化功能和熱穩(wěn)定性，以及熱膨脹和導(dǎo)熱功能。

2.簡(jiǎn)述航空航天材料在低溫環(huán)境下的主要功能要求。

答案：

航空航天材料在低溫環(huán)境下的主要功能要求包括：

良好的低溫韌性，防止材料在低溫下脆斷；

良好的低溫抗沖擊性，保證材料在低溫下的安全性；

良好的低溫疲勞功能，延長材料的使用壽命；

低的低溫?zé)崤蛎浵禂?shù)，減少低溫下的尺寸變化。

解題思路：

低溫環(huán)境下的功能要求主要是保證材料在低溫條件下的機(jī)械功能和結(jié)構(gòu)完整性，避免低溫脆化、疲勞失效等問題。

3.簡(jiǎn)述航空航天材料的力學(xué)功能對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響。

答案：

航空航天材料的力學(xué)功能對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響包括：

材料的強(qiáng)度和剛度直接影響結(jié)構(gòu)的安全性和承載能力；

材料的彈性模量影響結(jié)構(gòu)的變形和振動(dòng)特性；

材料的斷裂韌性影響結(jié)構(gòu)的抗斷裂能力；

材料的疲勞功能影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。

解題思路：

材料的力學(xué)功能是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，需要根據(jù)預(yù)期的結(jié)構(gòu)載荷和工作環(huán)境選擇合適的材料，以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和安全性。

4.簡(jiǎn)述航空航天材料的熱處理過程及其對(duì)材料功能的影響。

答案：

航空航天材料的熱處理過程包括：

固溶處理：提高材料的強(qiáng)度和耐腐蝕性；

回火處理：消除材料內(nèi)部的應(yīng)力，提高韌性；

硬化處理：增加材料的硬度和耐磨性；

淬火處理：提高材料的硬度和耐磨性，但降低韌性。

熱處理對(duì)材料功能的影響：

改善材料的力學(xué)功能；

改善材料的耐腐蝕性和耐熱性；

改善材料的加工功能。

解題思路：

熱處理過程能夠改變材料的微觀結(jié)構(gòu)，從而影響其功能。了解不同熱處理工藝對(duì)材料功能的影響，有助于選擇合適的熱處理工藝來優(yōu)化材料功能。

5.簡(jiǎn)述航空航天材料的疲勞功能測(cè)試方法及其在材料選擇中的應(yīng)用。

答案：

航空航天材料的疲勞功能測(cè)試方法包括：

循環(huán)彎曲疲勞試驗(yàn)：模擬材料在循環(huán)載荷下的疲勞行為；

拉伸壓縮疲勞試驗(yàn)：模擬材料在拉壓循環(huán)載荷下的疲勞行為；

疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)：研究材料裂紋在疲勞載荷下的擴(kuò)展行為。

疲勞功能測(cè)試在材料選擇中的應(yīng)用：

通過測(cè)試評(píng)估材料的疲勞壽命，選擇合適的材料；

根據(jù)材料疲勞功能的優(yōu)劣，設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)和使用條件；

為材料的使用和維護(hù)提供依據(jù)。

解題思路：

疲勞功能測(cè)試是評(píng)估材料在循環(huán)載荷下功能的重要手段，通過測(cè)試結(jié)果可以指導(dǎo)材料的選擇和應(yīng)用。五、論述題1.航空航天材料在高溫環(huán)境下的功能對(duì)材料選擇的影響。

【題目?jī)?nèi)容】

請(qǐng)結(jié)合最新航空航天材料的研究成果，論述高溫環(huán)境下，材料功能如何影響航空航天材料的選擇，并舉例說明不同材料在高溫環(huán)境下的應(yīng)用。

【答案】

高溫環(huán)境下，航空航天材料需要具備良好的抗氧化性、熱穩(wěn)定性、耐熱沖擊性和機(jī)械功能。材料選擇時(shí)需考慮以下因素：

抗氧化性：在高溫環(huán)境下，材料應(yīng)具有優(yōu)異的抗氧化性，以防止材料表面發(fā)生氧化腐蝕。

熱穩(wěn)定性：材料應(yīng)具有較高的熔點(diǎn)和熱膨脹系數(shù)，以適應(yīng)高溫環(huán)境下的熱穩(wěn)定性要求。

耐熱沖擊性：材料應(yīng)具有較好的耐熱沖擊性，以防止在溫度變化時(shí)產(chǎn)生裂紋。

機(jī)械功能：材料應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和硬度，以滿足高溫環(huán)境下承受載荷的要求。

舉例說明：

在發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片、渦輪盤等部件，通常選用鎳基高溫合金，因其具有良好的抗氧化性、熱穩(wěn)定性和耐熱沖擊性。

在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管，選用碳化硅等耐高溫復(fù)合材料，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。

【解題思路】

在解答此題時(shí)，首先要闡述高溫環(huán)境下航空航天材料需要具備的功能特點(diǎn)，然后結(jié)合最新研究成果，論述這些功能如何影響材料的選擇。通過實(shí)際案例說明不同材料在高溫環(huán)境下的應(yīng)用。

2.航空航天材料在低溫環(huán)境下的功能對(duì)材料選擇的影響。

【題目?jī)?nèi)容】

低溫環(huán)境下，材料功能如何影響航空航天材料的選擇？請(qǐng)結(jié)合實(shí)際案例，分析低溫環(huán)境對(duì)材料選擇的影響。

【答案】

低溫環(huán)境下，航空航天材料需要具備以下功能特點(diǎn)：

低溫韌性：材料在低溫條件下應(yīng)具有良好的韌性，以防止材料發(fā)生脆性斷裂。

熱膨脹系數(shù)：材料的熱膨脹系數(shù)應(yīng)盡可能小，以適應(yīng)低溫環(huán)境下的尺寸穩(wěn)定性。

低溫機(jī)械功能：材料在低溫下的強(qiáng)度和硬度應(yīng)較高，以滿足承受載荷的要求。

舉例說明：

在衛(wèi)星和航天器的低溫部件，如低溫燃料儲(chǔ)罐，通常選用低膨脹系數(shù)的鋁合金，以保證其在低溫環(huán)境下的尺寸穩(wěn)定性。

在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的低溫部件，如燃燒室，選用鈦合金等具有低溫韌性的材料。

【解題思路】

解答此題時(shí)，首先要明確低溫環(huán)境下航空航天材料所需具備的功能特點(diǎn)，然后分析這些功能對(duì)材料選擇的影響。通過實(shí)際案例說明低溫環(huán)境對(duì)材料選擇的影響。

3.航空航天材料的力學(xué)功能對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響。

【題目?jī)?nèi)容】

航空航天材料的力學(xué)功能如何影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)？請(qǐng)結(jié)合實(shí)際案例，分析材料力學(xué)功能對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響。

【答案】

航空航天材料的力學(xué)功能對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有以下影響：

強(qiáng)度：材料的強(qiáng)度直接影響結(jié)構(gòu)承受載荷的能力，需根據(jù)載荷情況選擇合適的材料。

剪切強(qiáng)度：在復(fù)雜載荷下，材料的剪切強(qiáng)度決定結(jié)構(gòu)的安全性。

疲勞功能：在長期循環(huán)載荷下，材料的疲勞功能影響結(jié)構(gòu)的壽命。

舉例說明：

在飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，選用高強(qiáng)度、高疲勞功能的鋁合金，以滿足結(jié)構(gòu)承受載荷的要求。

在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管設(shè)計(jì)中，選用具有高強(qiáng)度、高耐熱性的高溫合金，以適應(yīng)高溫、高壓環(huán)境。

【解題思路】

在解答此題時(shí)，首先要闡述航空航天材料的力學(xué)功能對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，然后結(jié)合實(shí)際案例分析材料力學(xué)功能如何影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4.航空航天材料的熱處理過程對(duì)材料功能的影響。

【題目?jī)?nèi)容】

航空航天材料的熱處理過程對(duì)材料功能有何影響？請(qǐng)結(jié)合實(shí)際案例，分析熱處理過程對(duì)材料功能的影響。

【答案】

熱處理過程對(duì)航空航天材料功能的影響主要包括：

改善材料微觀結(jié)構(gòu)：熱處理可提高材料的強(qiáng)度、韌性、耐磨性等功能。

調(diào)整材料功能：通過不同的熱處理工藝，可調(diào)整材料的組織結(jié)構(gòu)，滿足特定功能要求。

延長材料壽命：適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚳商岣卟牧系钠诠δ埽娱L其使用壽命。

舉例說明：

在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤，采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，可提高其?qiáng)度和耐熱性，延長使用壽命。

在飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)，通過熱處理工藝調(diào)整材料的組織結(jié)構(gòu)，提高其疲勞功能。

【解題思路】

解答此題時(shí)，首先要闡述熱處理過程對(duì)航空航天材料功能的影響，然后結(jié)合實(shí)際案例分析熱處理過程如何影響材料功能。

5.航空航天材料的疲勞功能對(duì)材料選擇的影響。

【題目?jī)?nèi)容】

航空航天材料的疲勞功能如何影響材料選擇？請(qǐng)結(jié)合實(shí)際案例，分析疲勞功能對(duì)材料選擇的影響。

【答案】

航空航天材料的疲勞功能對(duì)材料選擇的影響主要體現(xiàn)在以下方面：

長期承受循環(huán)載荷：材料在長期承受循環(huán)載荷下，疲勞功能影響其使用壽命。

結(jié)構(gòu)安全：疲勞功能差的材料容易在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生裂紋，影響結(jié)構(gòu)的安全性。

舉例說明：

在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，選用具有優(yōu)異疲勞功能的高強(qiáng)度鋼，以滿足長期承受循環(huán)載荷的要求。

在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤，選用具有高疲勞功能的鈦合金，以適應(yīng)高溫、高壓環(huán)境。

【解題思路】

解答此題時(shí)，首先要闡述航空航天材料的疲勞功能對(duì)材料選擇的影響，然后結(jié)合實(shí)際案例分析疲勞功能如何影響材料選擇。六、計(jì)算題1.已知某航空材料在室溫下的屈服強(qiáng)度為600MPa，抗拉強(qiáng)度為800MPa，彈性模量為200GPa，計(jì)算其強(qiáng)度比和彈性比。

解答：

強(qiáng)度比=抗拉強(qiáng)度/屈服強(qiáng)度=800MPa/600MPa=1.3333

彈性比=抗拉強(qiáng)度/彈性模量=800MPa/200GPa=0.004

2.某航空材料的室溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果斷裂應(yīng)力為1000MPa，最大變形為1mm，求其斷后伸長率。

解答：

斷后伸長率=(原始長度斷后長度)/原始長度

由于沒有提供原始長度，無法直接計(jì)算斷后伸長率。需要更多的信息來進(jìn)行計(jì)算。

3.某航空材料的疲勞試驗(yàn)結(jié)果疲勞壽命為50000次，循環(huán)應(yīng)力幅為200MPa，求其疲勞強(qiáng)度。

解答：

疲勞強(qiáng)度=(最大應(yīng)力最小應(yīng)力)/2

由于沒有提供最大應(yīng)力，無法直接計(jì)算疲勞強(qiáng)度。需要更多的信息來進(jìn)行計(jì)算。

4.某航空材料在40℃下的沖擊試驗(yàn)結(jié)果沖擊功為10J，求其沖擊韌性。

解答：

沖擊韌性=沖擊功/斷面面積

由于沒有提供斷面面積，無法直接計(jì)算沖擊韌性。需要更多的信息來進(jìn)行計(jì)算。

5.某航空材料在1000℃下的氧化試驗(yàn)結(jié)果氧化速率常數(shù)為0.5μm/h，求其在10000小時(shí)后的氧化層厚度。

解答：

氧化層厚度=氧化速率常數(shù)×?xí)r間

氧化層厚度=0.5μm/h×10000h=5000μm=5mm

答案及解題思路：

1.解題思路：通過公式直接計(jì)算強(qiáng)度比和彈性比。

2.解題思路：使用斷后伸長率的定義公式，但需要原始長度數(shù)據(jù)。

3.解題思路：使用疲勞強(qiáng)度的定義公式，但需要最大應(yīng)力數(shù)據(jù)。

4.解題思路：使用沖擊韌性的定義公式，但需要斷面面積數(shù)據(jù)。

5.解題思路：直接應(yīng)用氧化速率常數(shù)的定義公式，將時(shí)間與氧化速率常數(shù)相乘得到氧化層厚度。七、案例分析題1.分析某航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片材料的失效原因，并提出改進(jìn)措施。

案例背景：

某型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)。

解題步驟：

收集葉片斷裂的物理證據(jù)，如斷裂面的微觀形貌。

分析葉片的化學(xué)成分、熱處理工藝和機(jī)械功能。

調(diào)查葉片運(yùn)行條件，如溫度、壓力和轉(zhuǎn)速。

結(jié)合航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片材料的知識(shí)，分析可能的失效模式。

答案：

失效原因可能包括材料本身的疲勞功能不足、熱處理不當(dāng)、運(yùn)行環(huán)境中的腐蝕等因素。

改進(jìn)措施包括：

1.優(yōu)化材料成分，提高材料的疲勞強(qiáng)度；

2.改進(jìn)熱處理工藝，保證材料組織均勻；

3.采用表面涂層技術(shù)，提高葉片的耐腐蝕性；

4.優(yōu)化葉片設(shè)計(jì)，降低應(yīng)力集中區(qū)域。

2.分析某航空機(jī)體材料的選擇原則，并舉例說明其應(yīng)用。

案例背景：

某新型商用飛機(jī)機(jī)體采用復(fù)合材料設(shè)計(jì)。

解題步驟：

分析航空機(jī)體材料的功能要求，如強(qiáng)度、剛度、耐腐蝕性、重量等。

考慮材料的經(jīng)濟(jì)性和制造工藝的可行性。

結(jié)合實(shí)例，說明不同材料的應(yīng)用。

答案：

材料選擇原則包括：

1.根據(jù)結(jié)構(gòu)載荷和功能要求選擇合適的材料；

2.考慮材料的成本和加工工藝；

3.保證材料的功能滿足航空安全標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)