航空航天材料技術理論題姓名_________________________地址_______________________________學號______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------線--------------------------1.請首先在試卷的標封處填寫您的姓名，身份證號和地址名稱。2.請仔細閱讀各種題目，在規定的位置填寫您的答案。一、選擇題1.航空航天材料的主要功能指標包括哪些？

a)疲勞強度

b)硬度

c)熱膨脹系數

d)抗拉強度

e)抗沖擊強度

答案：a,b,c,d,e

解題思路：航空航天材料的主要功能指標通常涉及力學功能（如抗拉強度、疲勞強度、硬度）、熱功能（如熱膨脹系數）、化學穩定性（耐腐蝕功能）和加工功能等多個方面。

2.金屬基復合材料與金屬基合金相比，具有哪些優勢？

a)更高的比強度

b)更好的耐磨性

c)更好的高溫功能

d)所有的上述優勢

答案：d

解題思路：金屬基復合材料通常結合了基體金屬的高熔點和復合材料的高比強度、比剛度、耐腐蝕性等優點，從而提供了綜合功能優勢。

3.常見的航空航天高溫合金有哪些？

a)IN718

b)Maraging300

c)HastelloyX

d)Waspaloy

答案：a,b,c,d

解題思路：常見的航空航天高溫合金包括Inconel系列的IN718，Maraging300，以及Hastelloy和Waspaloy等，它們能夠在高溫下保持其功能。

4.鈦合金在航空航天領域的應用主要體現在哪些方面？

a)結構部件

b)噴氣發動機部件

c)飛機起落架

d)所有的上述方面

答案：d

解題思路：鈦合金由于其低密度、高強度、耐腐蝕性等優點，在航空航天領域廣泛應用于結構部件、發動機部件以及起落架等。

5.航空航天材料的疲勞功能如何評價？

a)拉伸強度

b)殘余壽命

c)斷裂強度

d)彈性模量

答案：b

解題思路：疲勞功能評價通常關注材料的循環載荷下壽命（殘余壽命），這是材料疲勞強度的體現。

6.哪種材料具有良好的耐腐蝕功能？

a)不銹鋼

b)鈦合金

c)超合金

d)所有上述材料

答案：d

解題思路：不銹鋼、鈦合金和超合金均具有良好的耐腐蝕功能，常用于航空航天材料的耐腐蝕部分。

7.航空航天復合材料中的碳纖維有哪些種類？

a)T300

b)T800

c)M55J

d)所有的上述種類

答案：d

解題思路：T300、T800、M55J等都是航空航天領域中常用的碳纖維類型，它們在功能和應用上有所不同。

8.以下哪種材料屬于納米材料？

a)石墨烯

b)聚酰亞胺

c)納米碳管

d)玻璃鋼

答案：a,c

解題思路：納米材料如石墨烯和納米碳管因其獨特的納米結構而具有特別的功能，玻璃鋼和聚酰亞胺雖然重要，但不屬于納米材料范疇。二、填空題1.航空航天材料的主要功能指標包括：強度、硬度、韌性、耐腐蝕性。

2.金屬基復合材料與金屬基合金相比，具有更高的比強度、更好的抗熱震功能、更低的密度等優勢。

3.常見的航空航天高溫合金有：鎳基高溫合金、鈷基高溫合金、鐵基高溫合金、鎢合金。

4.鈦合金在航空航天領域的應用主要體現在：結構件、發動機部件、機載設備等方面。

5.航空航天材料的疲勞功能評價方法有：恒幅疲勞試驗、變幅疲勞試驗、疲勞裂紋擴展速率試驗。

6.具有良好耐腐蝕功能的材料有：不銹鋼、鈦合金、鋁合金。

7.航空航天復合材料中的碳纖維有：T300、T700、M40J、M45J等種類。

8.納米材料是指：尺寸在1100納米的顆粒材料。

答案及解題思路：

1.答案：強度、硬度、韌性、耐腐蝕性。

解題思路：航空航天材料需承受極端環境，因此需要具備高強度的結構完整性、硬度以抵抗磨損、韌性以吸收沖擊和振動，以及耐腐蝕性以抵御惡劣環境。

2.答案：更高的比強度、更好的抗熱震功能、更低的密度。

解題思路：金屬基復合材料結合了金屬的高強度和復合材料的輕質特性，因此在比強度、抗熱震功能和密度上具有明顯優勢。

3.答案：鎳基高溫合金、鈷基高溫合金、鐵基高溫合金、鎢合金。

解題思路：高溫合金在高溫環境下仍能保持功能，這些合金因其優異的熱穩定性和耐腐蝕性被廣泛應用于航空航天高溫部件。

4.答案：結構件、發動機部件、機載設備。

解題思路：鈦合金因其輕質、高強度和良好的耐腐蝕性，在航空航天領域的應用非常廣泛。

5.答案：恒幅疲勞試驗、變幅疲勞試驗、疲勞裂紋擴展速率試驗。

解題思路：這些試驗方法可以評估材料在循環載荷下的功能，預測材料在真實使用條件下的疲勞壽命。

6.答案：不銹鋼、鈦合金、鋁合金。

解題思路：這些材料因其表面能形成穩定的氧化膜，具有較好的耐腐蝕功能。

7.答案：T300、T700、M40J、M45J。

解題思路：碳纖維種類繁多，這些是航空航天領域常用的碳纖維型號，各有其特定的功能特點。

8.答案：尺寸在1100納米的顆粒材料。

解題思路：納米材料由于其獨特的尺寸效應，具有與傳統材料不同的物理和化學性質，因此在航空航天材料中具有潛在的應用價值。三、判斷題1.航空航天材料在高溫、高壓、高負荷環境下使用，因此要求具有良好的耐熱功能。（√）

解題思路：航空航天器在運行過程中，會受到高溫、高壓和高負荷等極端環境的影響，因此材料需要具備良好的耐熱功能以承受這些環境條件，保證飛行安全。

2.金屬基復合材料在高溫下功能優于金屬基合金。（×）

解題思路：金屬基復合材料雖然具有良好的高溫功能，但在高溫下其功能往往不如傳統金屬基合金，因為復合材料的結構特性可能導致高溫下強度和耐熱性的下降。

3.鈦合金在航空航天領域的應用僅限于結構件。（×）

解題思路：鈦合金由于其輕質、高強度、耐腐蝕等特點，在航空航天領域不僅限于結構件，還包括發動機部件、壓力容器等。

4.航空航天材料的疲勞功能越好，使用壽命越長。（√）

解題思路：航空航天材料的疲勞功能是指材料在循環載荷作用下抵抗疲勞裂紋產生和擴展的能力，疲勞功能越好，材料在循環載荷下的使用壽命就越長。

5.航空航天材料在腐蝕環境下使用，必須具有良好的耐腐蝕功能。（√）

解題思路：腐蝕是航空航天材料失效的主要原因之一，因此在腐蝕環境下使用，材料的耐腐蝕功能是的。

6.碳纖維復合材料具有良好的耐腐蝕功能。（×）

解題思路：雖然碳纖維復合材料具有優異的力學功能，但其耐腐蝕功能并不強，尤其在一些特定的腐蝕環境下，如含有氯、硫的腐蝕介質中。

7.納米材料在航空航天領域具有廣泛的應用前景。（√）

解題思路：納米材料具有獨特的物理、化學功能，在航空航天領域有著廣泛的應用前景，如增強材料、涂層、傳感器等。

8.航空航天材料在高溫、高壓、高負荷環境下使用，要求具有良好的力學功能。（√）

解題思路：在高溫、高壓和高負荷的環境下，材料的力學功能，如強度、剛度等，對飛行器的結構和功能有重要影響，因此要求材料具備良好的力學功能。四、簡答題1.簡述航空航天材料的主要功能指標。

解題思路：

列舉航空航天材料需要具備的主要功能指標。

簡要解釋每個功能指標的重要性及其在航空航天中的應用。

答案：

航空航天材料的主要功能指標包括：

高強度和高剛度：以承受結構負載和保持形狀。

良好的耐熱性：以承受高溫環境。

良好的耐腐蝕性：以適應各種惡劣環境。

良好的疲勞功能：以承受重復應力。

良好的可加工性：以適應復雜零件的制造。

2.簡述金屬基復合材料與金屬基合金的主要區別。

解題思路：

對比金屬基復合材料和金屬基合金的定義。

指出兩者在組成、結構和功能上的主要區別。

答案：

金屬基復合材料與金屬基合金的主要區別

組成：金屬基復合材料由金屬基體和增強相組成，而金屬基合金是由兩種或多種金屬元素通過熔煉形成的合金。

結構：金屬基復合材料具有明顯的界面，而金屬基合金的微觀結構是均勻的。

功能：金屬基復合材料通常具有更高的比強度和比剛度，而金屬基合金可能在耐腐蝕性、耐磨性等方面有優勢。

3.簡述鈦合金在航空航天領域的應用。

解題思路：

列舉鈦合金在航空航天領域的具體應用案例。

解釋鈦合金在這些應用中的優勢。

答案：

鈦合金在航空航天領域的應用包括：

飛機結構件：如飛機的機翼、尾翼和機身等，鈦合金提供高強度和輕量化。

發動機部件：如燃燒室和渦輪葉片，鈦合金耐高溫和耐腐蝕。

航天器結構：如火箭和衛星的結構部件，鈦合金提供良好的高溫功能。

4.簡述航空航天材料的疲勞功能評價方法。

解題思路：

介紹評價疲勞功能的常用方法。

簡述每種方法的基本原理和應用。

答案：

航空航天材料的疲勞功能評價方法包括：

疲勞試驗機測試：通過模擬實際工作環境，測試材料在循環載荷下的疲勞壽命。

疲勞裂紋擴展速率測試：測量裂紋在材料中擴展的速度，評估材料的抗疲勞功能。

斷口分析：通過觀察斷口形貌，分析疲勞裂紋的形成和擴展過程。

5.簡述航空航天材料在腐蝕環境下的要求。

解題思路：

列舉航空航天材料在腐蝕環境下的具體要求。

解釋這些要求對材料功能的影響。

答案：

航空航天材料在腐蝕環境下的要求包括：

良好的耐腐蝕性：以防止材料因腐蝕而失效。

抗應力腐蝕開裂性：以防止材料在應力作用下發生腐蝕開裂。

良好的耐磨損性：以適應腐蝕環境中可能出現的磨損。

6.簡述碳纖維復合材料的種類。

解題思路：

列舉碳纖維復合材料的常見種類。

簡要介紹每種種類的特點和用途。

答案：

碳纖維復合材料的種類包括：

碳纖維/環氧樹脂復合材料：具有高強度、高模量，廣泛用于航空航天領域。

碳纖維/聚酰亞胺復合材料：耐高溫，用于高溫環境下的結構部件。

碳纖維/聚酯復合材料：成本低，適用于非關鍵結構件。

7.簡述納米材料在航空航天領域的應用。

解題思路：

列舉納米材料在航空航天領域的應用實例。

解釋納米材料在這些應用中的優勢。

答案：

納米材料在航空航天領域的應用包括：

納米涂層：提高材料的耐腐蝕性和耐磨性。

納米復合材料：增強材料的強度和剛度。

納米傳感器：用于監測材料功能和環境條件。五、論述題1.結合航空航天材料的應用背景，論述航空航天材料的發展趨勢。

解題思路：

簡述航空航天材料的應用背景，如飛機、衛星、火箭等。

分析當前航空航天材料面臨的挑戰和需求，如輕量化、高功能、耐腐蝕等。

探討航空航天材料的發展趨勢，如新型合金、復合材料、納米材料等。

2.從材料功能、工藝技術、成本等方面，論述航空航天材料的選擇原則。

解題思路：

列舉航空航天材料選擇的關鍵功能指標，如強度、硬度、耐腐蝕性等。

分析不同工藝技術對材料功能的影響，如鑄造、鍛造、焊接等。

討論成本在材料選擇中的重要性，以及如何平衡功能與成本。

3.結合實際案例，論述航空航天材料在航空航天器上的應用。

解題思路：

選擇具體案例，如某型號飛機或衛星。

分析該航空航天器中使用的材料，及其功能和優勢。

討論這些材料在航空航天器設計中的作用和影響。

4.論述航空航天材料在高溫、高壓、高負荷環境下的功能要求。

解題思路：

列舉高溫、高壓、高負荷環境下的典型航空航天材料。

分析這些材料在這些極端環境下的功能要求，如熔點、屈服強度等。

討論如何滿足這些功能要求，如材料設計、工藝優化等。

5.論述航空航天材料在腐蝕環境下的功能要求。

解題思路：

列舉航空航天材料在腐蝕環境下的典型應用場景。

分析腐蝕對材料功能的影響，如材料的耐腐蝕性、抗氧化性等。

討論如何提高材料在腐蝕環境下的功能，如表面處理、合金設計等。

6.論述航空航天材料在復合材料中的應用。

解題思路：

介紹復合材料的定義和特點。

分析航空航天材料在復合材料中的應用，如碳纖維、玻璃纖維等。

討論復合材料在航空航天器設計中的優勢和挑戰。

答案及解題思路：

1.答案：

航空航天材料的發展趨勢包括向輕量化、高強度、耐高溫、耐腐蝕等方向發展。新型合金、復合材料、納米材料等材料的研究和應用將不斷推動航空航天材料的發展。

2.答案：

航空航天材料的選擇原則應考慮材料功能、工藝技術和成本。功能指標應滿足設計要求，工藝技術應適應制造條件，成本應在可接受范圍內。

3.答案：

以波音787Dreamliner為例，其使用了大量的復合材料，如碳纖維增強塑料，這些材料輕質高強，有助于降低飛機的重量，提高燃油效率。

4.答案：

航空航天材料在高溫、高壓、高負荷環境下需要具備高熔點、高屈服強度和良好的熱穩定性。通過材料設計和工藝優化，可以滿足這些功能要求。

5.答案：

航空航天材料在腐蝕環境下需要具備良好的耐腐蝕性和抗氧化性。通過合金設計、表面處理等技術，可以提高材料在腐蝕環境下的功能。

6.答案：

復合材料在航空航天器中的應用提高了結構強度和減輕了重量。碳纖維增強塑料等復合材料在航空航天器的設計中發揮著重要作用。六、計算題1.某航空航天結構件在高溫、高壓、高負荷環境下工作，要求材料的屈服強度不低于600MPa，抗拉強度不低于800MPa，彈性模量不低于210GPa，求該材料的許用應力。

解題思路：

許用應力是指在保證結構安全的前提下，材料可以承受的最大應力。通常，許用應力是材料屈服強度或抗拉強度的一定比例。這里，我們可以取屈服強度和抗拉強度的平均值作為參考，然后根據實際情況調整。

許用應力\(\sigma_{\text{允許}}\)可以通過以下公式計算：

\[

\sigma_{\text{允許}}=\frac{\min(\sigma_{\text{屈服}},\sigma_{\text{抗拉}})}{n}

\]

其中，\(\sigma_{\text{屈服}}=600\text{MPa}\)，\(\sigma_{\text{抗拉}}=800\text{MPa}\)，\(n\)是安全系數，通常取1.5到2之間。

假設安全系數\(n=2\)，則：

\[

\sigma_{\text{允許}}=\frac{\min(600,800)}{2}=\frac{600}{2}=300\text{MPa}

\]

2.某航空航天材料在腐蝕環境下使用，要求其耐腐蝕功能達到105g/m2·h，求該材料的腐蝕速率。

解題思路：

腐蝕速率可以通過耐腐蝕功能來計算。耐腐蝕功能通常以單位時間內單位面積上材料損失的質量來表示。腐蝕速率\(V\)可以通過以下公式計算：

\[

V=\frac{\text{耐腐蝕功能}}{\text{密度}}

\]

其中，耐腐蝕功能為\(10^{5}\text{g/m}^2\cdot\text{h}\)，密度\(\rho\)需要根據具體材料確定。

假設材料的密度為\(\rho=2.8\text{g/cm}^3\)（鋁的密度），則：

\[

V=\frac{10^{5}}{2.8}\approx3.57\times10^{7}\text{g/cm}^2\cdot\text{h}

\]

3.某航空航天復合材料在疲勞試驗中，其疲勞壽命達到10萬次，求該材料的疲勞強度。

解題思路：

疲勞強度是指材料在交變載荷作用下能夠承受的最大應力。疲勞壽命是指材料在交變載荷作用下達到失效前的循環次數。疲勞強度\(\sigma_{\text{疲勞}}\)可以通過以下公式計算：

\[

\sigma_{\text{疲勞}}=\frac{\sigma_{\text{屈服}}}{N}

\]

其中，\(\sigma_{\text{屈服}}\)是材料的屈服強度，\(N\)是疲勞壽命。

假設材料的屈服強度\(\sigma_{\text{屈服}}=600\text{MPa}\)，疲勞壽命\(N=10^5\)次，則：

\[

\sigma_{\text{疲勞}}=\frac{600}{10^5}=6\text{MPa}

\]

4.某航空航天材料在高溫下使用，要求其熔點不低于1200℃，求該材料的熔點。

解題思路：

熔點是材料從固態轉變為液態的溫度。題目中已給出要求熔點不低于1200℃，因此該材料的熔點即為1200℃。

5.某航空航天材料在高壓下使用，要求其抗壓強度不低于800MPa，求該材料的抗壓強度。

解題思路：

抗壓強度是指材料在受到壓縮力作用時抵抗破壞的能力。題目中已給出要求抗壓強度不低于800MPa，因此該材料的抗壓強度即為800MPa。

6.某航空航天材料在腐蝕環境下使用，要求其耐腐蝕功能達到103g/m2·h，求該材料的腐蝕速率。

解題思路：

腐蝕速率的計算與問題2類似。耐腐蝕功能為\(10^{3}\text{g/m}^2\cdot\text{h}\)，密度\(\rho\)需要根據具體材料確定。

假設材料的密度為\(\rho=2.8\text{g/cm}^3\)，則：

\[

V=\frac{10^{3}}{2.8}\approx3.57\times10^{4}\text{g/cm}^2\cdot\text{h}

\]

答案及解題思路：

1.許用應力：300MPa

解題思路：取屈服強度和抗拉強度的平均值，并考慮安全系數計算得出。

2.腐蝕速率：\(3.57\times10^{7}\text{g/cm}^2\cdot\text{h}\)

解題思路：根據耐腐蝕功能和材料密度計算得出。

3.疲勞強度：6MPa

解題思路：根據材料的屈服強度和疲勞壽命計算得出。

4.熔點：1200℃

解題思路：直接給出題目要求中的熔點值。

5.抗壓強度：800MPa

解題思路：直接給出題目要求中的抗壓強度值。

6.腐蝕速率：\(3.57\times10^{4}\text{g/cm}^2\cdot\text{h}\)

解題思路：根據耐腐蝕功能和材料密度計算得出。

：七、設計題1.設計一種適用于航空航天領域的金屬基復合材料。

題目：

設計一種以Ti6Al4V為基礎的金屬基復合材料，用于航空航天領域的高溫部件。要求該材料具有優異的抗氧化功能、高比強度和高比剛度，并簡要說明其設計原理和預期功能。

答案及解題思路：

設計原理：

選擇Ti6Al4V作為基體材料，因其已廣泛應用于航空航天領域，具有良好的綜合功能。

加入TiB2或TiC等增強相，以提高材料的強度和抗氧化功能。

采用粉末冶金或熔融浸漬等方法制備復合材料。

預期功能：

抗拉強度≥1200MPa

抗氧化功能：在800℃下暴露100小時，氧化速率≤0.1mm/yr

比強度≥500MPa

比剛度≥160GPa

解題思路：

通過查閱相關文獻，了解Ti6Al4V材料的功能特點。

分析TiB2或TiC等增強相對材料功能的影響。

根據設計要求，選擇合適的制備方法。

2.設計一種適用于航空航天領域的碳纖維復合材料。

題目：

設計一種以T800碳纖維為增強體，環氧樹脂為基體的碳纖維復合材料，用于航空航天領域的結構件。要求該材料具有高比強度、高比剛度、良好的耐腐蝕性和尺寸穩定性。

答案及解題思路：

設計原理：

選擇T800碳纖維作為增強體，因其具有較高的強度和剛度。

采用環氧樹脂作為基體材料，具有良好的耐腐蝕性和尺寸穩定性。

采用預浸料或纏繞工藝制備復合材料。

預期功能：

抗拉強度≥2100MPa

抗彎強度≥1800MPa

比強度≥1800MPa

比剛度≥250GPa

耐腐蝕性：在3.5%NaCl溶液中浸泡24小時，無腐蝕現象

尺寸穩定性：在溫度變化±10℃的條件下，尺寸變化率≤0.1%

解題思路：

通過查閱相關文獻，了解T800碳纖維和環氧樹脂的功能特點。

分析增強體和基體對復合材料功能的影響。

根據設計要求，選擇合適的制備工藝。

3.設計一種適用于航空航天領域的納米材料。

題目：

設計一種以TiO2納米顆粒為填料，環氧樹脂為基體的納米復合材料，用于航空航天領域的涂層材料。要求該材料具有良好的耐熱性、耐腐蝕性和耐磨性。

答案及解題思路：

設計原理：

選擇TiO2納米顆粒作為填料，因其具有優良的耐熱性、耐腐蝕性和耐磨性。

采用環氧樹脂作為基體材料，具有良好的耐腐蝕性和耐磨性。

采用溶膠凝膠法或原位聚合法制備復合材料。

預期功能：

耐熱性：在500℃下暴露1小時，無分層現象

耐腐蝕性：在3.5%NaCl溶液中浸泡24小時，無腐蝕現象

耐磨性：在滑動摩擦試驗中，磨損率≤0.1mm^3/N

附著力：≥4級

解題思路：

通過查閱相關文獻，了解TiO2納米顆粒和環氧樹脂的功能特點。

分析填料對復合材料功能的影響。

根據設計要求，選擇合適的制備方法。

4.設計一種適用于航空航天領域的金屬基高溫合金。

題目：

設計一種以鎳基為基體的金屬基高溫合金，用于航空航天領域的高溫部件。要求該材料具有優異的抗氧化功能、高比強度和高比剛度，并簡要說明其設計原理和預期功能。

答案及解題思路：

設計原理：

選擇鎳基合金作為基體材料，因其具有良好的高溫功能。

添加鉻、鉬、鈦等合金元素，以提高材料的抗氧化功能和強度。

采用快速凝固或粉末冶金等方法制備合金。

預期功能：

抗拉強度≥1000MPa

抗氧化功能：在1000℃下暴露100小時，氧化速率≤0.1mm/yr

比強度≥500MPa

比剛度≥160GPa

解題思路：

通過查閱相關文獻，了解鎳基高溫合金的功能特點。