航空航天材料性能與測試要求知識考點

航空航天材料功能與測試要求知識考點姓名_________________________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(guī)定的位置填寫您的答案。一、航空航天材料基礎知識1.航空航天材料的特點

航空航天器對材料的功能要求極高，需具備高強度、高剛度、高耐磨性、抗疲勞性、抗腐蝕性、高溫抗氧化性等特點。

2.航空航天材料的分類

根據(jù)使用溫度、物理狀態(tài)和化學成分，航空航天材料可分為以下幾類：

a.金屬材料

b.非金屬材料

c.復合材料

d.陶瓷材料

3.常見航空航天材料的名稱和特性

常見的航空航天材料包括：

a.鈦合金（強度高、耐腐蝕、耐高溫）

b.鋁合金（輕質、高比強度、易加工）

c.鎳基高溫合金（高溫強度、抗蠕變）

d.耐高溫石墨材料（耐高溫、耐磨、抗腐蝕）

4.材料力學功能的基本概念

材料的力學功能是指在受到外力作用時，材料抵抗變形和斷裂的能力。主要力學功能指標包括：

a.彈性模量

b.塑性

c.強度

d.疲勞極限

5.材料力學功能指標的含義及單位

材料力學功能指標及其含義和單位

a.彈性模量（E）：材料在受到應力時產生應變的能力，單位為MPa。

b.塑性（δ）：材料在受到拉應力時產生塑性變形的能力，單位為%。

c.強度（σ）：材料抵抗斷裂的能力，單位為MPa。

d.疲勞極限（SN曲線）：材料在反復加載條件下不發(fā)生疲勞斷裂的最大應力值。

答案及解題思路：一、航空航天材料基礎知識1.航空航天材料的特點

解題思路：列舉航空航天器對材料的基本功能要求，如高強度、高剛度等。

2.航空航天材料的分類

解題思路：根據(jù)使用溫度、物理狀態(tài)和化學成分，對航空航天材料進行分類。

3.常見航空航天材料的名稱和特性

解題思路：列舉常見航空航天材料，如鈦合金、鋁合金等，并描述其特性。

4.材料力學功能的基本概念

解題思路：闡述材料力學功能的基本概念，包括彈性模量、塑性、強度、疲勞極限等。

5.材料力學功能指標的含義及單位

解題思路：解釋各力學功能指標的含義，如彈性模量、塑性等，并給出其單位。二、材料力學功能測試1.抗拉強度、屈服強度、延伸率等基本測試指標的計算方法

抗拉強度（σ_t）的計算方法：

σ_t=F_max/A_0

其中，F(xiàn)_max為材料斷裂前承受的最大載荷，A_0為材料原始橫截面積。

屈服強度（σ_s）的計算方法：

σ_s=F_s/A_0

其中，F(xiàn)_s為材料開始塑性變形時的載荷，A_0為材料原始橫截面積。

延伸率（δ）的計算方法：

δ=(L_1L_0)/L_0100%

其中，L_1為材料斷裂后的長度，L_0為材料原始長度。

2.硬度測試原理及常見硬度計的使用方法

硬度測試原理：

硬度是材料抵抗局部塑性變形的能力。通過在材料表面施加一定的載荷，測量壓痕直徑，從而計算出硬度值。

常見硬度計的使用方法：

1)維氏硬度計：用于測試硬度范圍較廣的材料。

2)布氏硬度計：用于測試硬度較高的材料。

3)洛氏硬度計：用于測試硬度范圍較廣的材料。

3.布氏硬度、洛氏硬度的概念及測量方法

布氏硬度（HB）：

布氏硬度是通過測量壓痕直徑來確定材料硬度的方法。計算公式為：

HB=2F/(πD)

其中，F(xiàn)為施加在材料表面的載荷，D為壓痕直徑。

洛氏硬度（HR）：

洛氏硬度是通過測量壓痕深度來確定材料硬度的方法。計算公式為：

HR=(HH_0)/(H_0H_1)

其中，H為壓痕深度，H_0為未施加載荷時的壓痕深度，H_1為施加載荷后的壓痕深度。

4.材料斷裂伸長的測試原理

測試原理：

通過拉伸試驗，測量材料在斷裂前伸長的長度與原始長度的比值，從而確定材料的斷裂伸長率。

5.壓縮功能、彎曲功能等力學功能測試方法的

題目一：某材料進行抗拉試驗，最大載荷為500kN，原始橫截面積為50mm2。求該材料的抗拉強度。

答案：σ_t=500kN/50mm2=10kN/mm2

解題思路：根據(jù)抗拉強度計算公式，將最大載荷和原始橫截面積代入計算。

題目二：某材料進行硬度測試，使用布氏硬度計，施加載荷為300kN，壓痕直徑為4mm。求該材料的布氏硬度。

答案：HB=2300kN/(π4mm)=238.8HB

解題思路：根據(jù)布氏硬度計算公式，將載荷和壓痕直徑代入計算。

題目三：某材料進行彎曲試驗，彎曲角度為90°，彎曲半徑為20mm。求該材料的彎曲功能。

答案：彎曲功能=彎曲角度/彎曲半徑=90°/20mm=4.5

解題思路：根據(jù)彎曲功能計算公式，將彎曲角度和彎曲半徑代入計算。三、航空航天材料的熱功能測試1.熱導率的概念及其測量方法

單選題：

1.熱導率是衡量材料傳導熱量的能力，以下哪個選項不是熱導率的單位？

A.W/m·K

B.J/s·K

C.W/s·K

D.W/K

判斷題：

2.熱導率與材料的密度成正比，與材料的溫度成反比。

簡答題：

3.簡述熱導率測量方法中的穩(wěn)態(tài)熱傳導法。

2.熱膨脹系數(shù)的概念及其測量方法

單選題：

4.熱膨脹系數(shù)是指材料在溫度變化1K時，單位長度的變化量，以下哪個選項不是熱膨脹系數(shù)的單位？

A.1/K

B.1/°C

C.1/K·m

D.1/°C·m

判斷題：

5.熱膨脹系數(shù)越小，材料的熱穩(wěn)定性越好。

簡答題：

6.描述熱膨脹系數(shù)的測量方法。

3.材料的熔點、沸點及其測量方法

單選題：

7.材料的熔點是指材料從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度，以下哪個選項不是熔點的測量方法？

A.鉗式熔點測定法

B.重量法

C.體積法

D.溫度計法

判斷題：

8.熔點和沸點越高，材料的熱穩(wěn)定性越好。

簡答題：

9.介紹熔點和沸點的測量方法。

4.材料的熱穩(wěn)定性及高溫功能測試

單選題：

10.熱穩(wěn)定性是指材料在高溫下的穩(wěn)定功能，以下哪個選項不是熱穩(wěn)定性測試方法？

A.高溫持久試驗

B.熱沖擊試驗

C.腐蝕試驗

D.高溫氧化試驗

判斷題：

11.材料的熱穩(wěn)定性越高，其高溫功能越好。

簡答題：

12.說明熱穩(wěn)定性及高溫功能測試方法。

5.材料的熱傳導性及其測量方法的層級輸出

單選題：

13.材料的熱傳導性是指材料在高溫下的傳熱能力，以下哪個選項不是熱傳導性的單位？

A.W/m·K

B.J/s·K

C.W/s·K

D.W/K

判斷題：

14.熱傳導性與材料的密度成正比，與材料的溫度成反比。

簡答題：

15.簡述熱傳導性測量方法中的穩(wěn)態(tài)熱傳導法。

答案及解題思路：

1.答案：B

解題思路：熱導率的單位是W/m·K，其中W表示功率，m表示長度，K表示溫度。選項B的單位為J/s·K，其中J表示能量，s表示時間，K表示溫度，與熱導率的單位不同。

2.答案：錯誤

解題思路：熱膨脹系數(shù)與材料的密度成反比，與材料的溫度成正比。

3.答案：穩(wěn)態(tài)熱傳導法是測量熱導率的方法之一，其原理是將材料放置在兩個熱源之間，當達到穩(wěn)態(tài)時，通過測量熱流密度和溫差，計算熱導率。

4.答案：C

解題思路：熔點的測量方法有鉗式熔點測定法、重量法、體積法和溫度計法，而腐蝕試驗不是熔點的測量方法。

5.答案：錯誤

解題思路：熔點和沸點越高，材料的熱穩(wěn)定性不一定越好，還需要考慮其他因素。

6.答案：熱膨脹系數(shù)的測量方法有膨脹計法、應變片法等。

7.答案：B

解題思路：熔點和沸點的測量方法有鉗式熔點測定法、重量法、體積法和溫度計法，而重量法不是熔點的測量方法。

8.答案：熱穩(wěn)定性及高溫功能測試方法包括高溫持久試驗、熱沖擊試驗、高溫氧化試驗等。

9.答案：A

解題思路：熱傳導性的單位是W/m·K，其中W表示功率，m表示長度，K表示溫度。選項A的單位為W/m·K，符合熱傳導性的單位。

10.答案：錯誤

解題思路：熱膨脹系數(shù)與材料的密度成反比，與材料的溫度成正比。

11.答案：穩(wěn)態(tài)熱傳導法是測量熱導率的方法之一，其原理是將材料放置在兩個熱源之間，當達到穩(wěn)態(tài)時，通過測量熱流密度和溫差，計算熱導率。四、航空航天材料的物理功能測試1.材料的密度、比熱容等物理功能測試

1.1材料密度的測量方法有哪些？

1.2比熱容的測試原理是什么？

1.3如何通過實驗測定材料的密度和比熱容？

2.材料的電功能測試方法及原理

2.1材料電阻率的測試方法有哪些？

2.2電導率的測試原理是什么？

2.3如何通過實驗測定材料的電阻率和電導率？

3.材料的電磁功能測試及分析方法

3.1材料介電常數(shù)的測試方法有哪些？

3.2材料磁導率的測試原理是什么？

3.3如何通過實驗測定材料的介電常數(shù)和磁導率？

4.材料的吸水率、孔隙率等功能測試

4.1吸水率的測試方法有哪些？

4.2孔隙率的測試原理是什么？

4.3如何通過實驗測定材料的吸水率和孔隙率？

5.材料的耐腐蝕性、耐磨性等物理功能測試

5.1耐腐蝕性的測試方法有哪些？

5.2耐磨性的測試原理是什么？

5.3如何通過實驗測定材料的耐腐蝕性和耐磨性？

答案及解題思路：

1.材料的密度、比熱容等物理功能測試

1.1材料密度的測量方法有：排水法、阿基米德原理法等。

1.2比熱容的測試原理是利用熱量守恒定律，通過測量材料吸收或釋放的熱量來計算比熱容。

1.3通過實驗測定材料的密度和比熱容，需要先測量材料的質量和體積，然后根據(jù)公式計算比熱容。

2.材料的電功能測試方法及原理

2.1材料電阻率的測試方法有：四探針法、惠斯通電橋法等。

2.2電導率的測試原理是利用歐姆定律，通過測量材料的電流和電壓來計算電導率。

2.3通過實驗測定材料的電阻率和電導率，需要先測量材料的電流和電壓，然后根據(jù)公式計算電阻率和電導率。

3.材料的電磁功能測試及分析方法

3.1材料介電常數(shù)的測試方法有：電容法、阻抗法等。

3.2材料磁導率的測試原理是利用法拉第電磁感應定律，通過測量材料的磁通量和磁場強度來計算磁導率。

3.3通過實驗測定材料的介電常數(shù)和磁導率，需要先測量材料的磁通量和磁場強度，然后根據(jù)公式計算介電常數(shù)和磁導率。

4.材料的吸水率、孔隙率等功能測試

4.1吸水率的測試方法有：重量法、體積法等。

4.2孔隙率的測試原理是利用阿基米德原理，通過測量材料在水中浮力變化來計算孔隙率。

4.3通過實驗測定材料的吸水率和孔隙率，需要先測量材料在水中浮力變化，然后根據(jù)公式計算吸水率和孔隙率。

5.材料的耐腐蝕性、耐磨性等物理功能測試

5.1耐腐蝕性的測試方法有：浸泡法、鹽霧試驗法等。

5.2耐磨性的測試原理是利用摩擦力，通過測量材料在摩擦過程中質量損失來計算耐磨性。

5.3通過實驗測定材料的耐腐蝕性和耐磨性，需要先進行浸泡或摩擦試驗，然后根據(jù)公式計算耐腐蝕性和耐磨性。五、航空航天材料的應用功能測試1.阻燃性測試及評定方法

a)請簡述進行航空航天材料阻燃性測試的目的是什么？

b)描述常用的航空航天材料阻燃性測試方法，并說明其原理。

c)列舉至少三種航空航天材料的阻燃性評定標準。

2.材料的密封性測試

a)解釋為什么航空航天材料需要具有良好的密封性？

b)描述一種用于測試航空航天材料密封性的方法，并說明其步驟。

c)舉例說明如何評估測試結果并確定密封性是否符合要求。

3.飛機零部件疲勞功能測試方法及評定

a)簡述飛機零部件疲勞功能測試的重要性。

b)描述一種用于測試飛機零部件疲勞功能的試驗方法，并解釋其測試原理。

c)列舉至少三種評定飛機零部件疲勞功能的方法。

4.飛機零部件耐磨功能測試

a)解釋飛機零部件耐磨功能測試的目的。

b)描述一種常用的飛機零部件耐磨功能測試方法，并說明其測試步驟。

c)如何通過測試結果來判斷飛機零部件的耐磨功能是否符合設計要求？

5.材料的老化功能及抗老化測試

a)闡述材料老化功能測試對航空航天材料選擇的意義。

b)描述一種用于測試材料老化功能的方法，并解釋其測試條件。

c)如何根據(jù)老化測試結果評估材料的抗老化功能？

答案及解題思路：

1.阻燃性測試及評定方法

a)目的：防止材料在高溫或火焰作用下燃燒或產生有害氣體。

b)常用方法：水平燃燒法、垂直燃燒法等，原理是模擬材料在實際使用中可能遇到的燃燒環(huán)境。

c)評定標準：如GB81672008《塑料燃燒功能試驗方法》等。

2.材料的密封性測試

a)密封性是防止氣體、液體泄漏的關鍵，對航空器結構強度和內部環(huán)境。

b)方法：如壓力測試法、真空測試法等，步驟包括準備測試樣品、設置測試條件、執(zhí)行測試、記錄和分析數(shù)據(jù)。

c)評估：通過比較測試前后的壓力或真空變化，判斷密封性是否符合標準。

3.飛機零部件疲勞功能測試方法及評定

a)重要性：保證飛機零部件在長期使用中的可靠性。

b)方法：如應力應變循環(huán)測試，原理是模擬零部件在實際使用中的受力情況。

c)評定方法：如斷裂次數(shù)、壽命周期等，根據(jù)標準進行評定。

4.飛機零部件耐磨功能測試

a)目的：保證零部件在運行過程中不因磨損而失效。

b)方法：如滑動磨損試驗，步驟包括設置試驗機、加載、測試、記錄數(shù)據(jù)。

c)評估：通過比較磨損前后尺寸變化或質量損失來評估耐磨功能。

5.材料的老化功能及抗老化測試

a)意義：保證材料在長期使用中的功能穩(wěn)定。

b)方法：如高溫、濕度、紫外線老化測試，模擬材料在實際環(huán)境中的使用條件。

c)評估：通過觀察材料功能變化，如強度、韌性、外觀等，評估其抗老化功能。六、航空航天材料功能綜合評定1.材料功能評定方法概述

材料功能評定是航空航天領域關鍵環(huán)節(jié)，對于提高航空器安全功能具有重要意義。評定方法主要包括以下幾種：

（1）經驗評定法：根據(jù)工程師經驗和專業(yè)知識，對材料功能進行評估。

（2）實驗評定法：通過實驗測定材料功能指標，以數(shù)據(jù)為基礎進行評定。

（3）模擬評定法：利用計算機模擬技術，預測材料在特定環(huán)境下的功能。

2.材料功能的指標權重及評定方法

材料功能指標權重設置應根據(jù)航空器應用需求、材料種類等因素確定。評定方法

（1）層次分析法：根據(jù)指標權重分配，建立層次結構模型，進行一致性檢驗。

（2）模糊綜合評價法：對指標進行模糊評價，計算各指標的權重，得到綜合評價結果。

3.材料功能的優(yōu)劣評定標準

材料功能優(yōu)劣評定標準主要包括以下幾方面：

（1）力學功能：如強度、韌性、硬度等。

（2）耐腐蝕功能：材料在特定環(huán)境下抵抗腐蝕的能力。

（3）高溫功能：材料在高溫環(huán)境下的功能。

（4）導電功能：材料的導電能力。

4.材料功能測試數(shù)據(jù)分析和處理方法

（1）統(tǒng)計方法：運用統(tǒng)計學原理對測試數(shù)據(jù)進行處理和分析。

（2）數(shù)值方法：通過計算機模擬技術對材料功能進行預測和分析。

（3）圖像處理方法：利用圖像處理技術對材料功能進行評估。

5.材料功能評定的案例分析

案例一：某型飛機蒙皮材料的功能評定

1.材料功能評定方法概述

采用層次分析法和模糊綜合評價法對蒙皮材料功能進行評定。

2.材料功能的指標權重及評定方法

（1）力學功能：0.4（權重）

（2）耐腐蝕功能：0.3（權重）

（3）高溫功能：0.2（權重）

（4）導電功能：0.1（權重）

（2）評定方法：運用層次分析法和模糊綜合評價法對材料功能進行評價。

3.材料功能的優(yōu)劣評定標準

（1）力學功能：大于600MPa

（2）耐腐蝕功能：滿足特定腐蝕環(huán)境要求

（3）高溫功能：在800℃下保持穩(wěn)定

（4）導電功能：電阻率小于0.001Ω·m

4.材料功能測試數(shù)據(jù)分析和處理方法

（1）實驗測試：進行拉伸、壓縮、腐蝕、高溫等功能測試。

（2）數(shù)值模擬：運用有限元方法對材料在特定環(huán)境下的功能進行模擬。

（3）數(shù)據(jù)分析：運用統(tǒng)計學和數(shù)值方法對實驗數(shù)據(jù)進行分析。

5.案例分析結果

通過層次分析法和模糊綜合評價法，該型飛機蒙皮材料功能綜合評定結果為優(yōu)良。

答案及解題思路：一、單選題（每題2分，共20分）1.材料功能評定方法不包括（）

A.經驗評定法

B.實驗評定法

C.模擬評定法

D.問卷調查法

答案：D

解題思路：根據(jù)材料功能評定方法的分類，經驗評定法、實驗評定法、模擬評定法均為常用方法，問卷調查法不屬于材料功能評定方法。二、判斷題（每題2分，共10分）1.材料功能評定結果越高，表示材料功能越好。（）

答案：正確

解題思路：根據(jù)材料功能評定標準，評定結果越高，表示材料功能越好。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述材料功能指標權重的設置原則。

答案：設置原則

（1）根據(jù)航空器應用需求，合理分配指標權重；

（2）考慮材料種類、結構等因素，使指標權重合理；

（3）指標權重分配應保持一致性，避免主觀因素的影響。

2.簡述材料功能評定方法中模糊綜合評價法的原理。

答案：模糊綜合評價法原理

（1）確定評價指標集和評價集；

（2）確定評價等級及其對應數(shù)值；

（3）根據(jù)評價等級對應數(shù)值，構造模糊關系矩陣；

（4）計算指標權重向量；

（5）根據(jù)模糊關系矩陣和權重向量，計算綜合評價結果。

3.簡述材料功能評定結果在航空航天領域的應用。

答案：材料功能評定結果在航空航天領域的應用

（1）為航空器設計提供材料選擇依據(jù)；

（2）優(yōu)化航空器結構設計，提高結構功能；

（3）保證航空器在飛行過程中安全可靠。七、航空航天材料的發(fā)展趨勢與應用前景1.新型航空航天材料的研發(fā)覺狀及特點

研發(fā)覺狀：簡要介紹當前新型航空航天材料的研發(fā)進展，如復合材料、高溫合金等。

特點：分析新型材料的特點，如輕質、高強度、耐高溫、耐腐蝕等。

2.新型航空航天材料在航空航天領域的應用

應用案例：列舉新型材料在航空航天領域的具體應用案例，如飛機結構件、發(fā)動機