航空航天材料性能与测试技术知识要点

综合试卷第=PAGE1*2-11页（共=NUMPAGES1*22页） 综合试卷第=PAGE1*22页（共=NUMPAGES1*22页）PAGE①姓名所在地区姓名所在地区身份证号密封线1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和所在地区名称。2.请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写您的答案。3.不要在试卷上乱涂乱画，不要在标封区内填写无关内容。一、选择题1.航空航天材料的主要功能指标包括：

a)强度、韧性、塑性、疲劳

b)导热性、导电性、抗冲击性、耐磨性

c)密度、强度、弹性、耐腐蚀性

d)介电性、吸水性、导磁性、抗冲击性

答案：a)强度、韧性、塑性、疲劳

解题思路：航空航天材料需要在极端环境中使用，因此必须具有高强度、韧性和良好的塑性来抵抗机械应力的作用。同时材料的疲劳功能也非常重要，以抵抗反复应力导致的损伤。

2.以下哪种材料不属于航空航天材料的范畴：

a)钛合金

b)碳纤维复合材料

c)塑料

d)高强度钢

答案：c)塑料

解题思路：塑料材料一般不适用于航空航天领域，因为它们的耐温性、强度和抗腐蚀性通常达不到要求。钛合金、碳纤维复合材料和高强度钢则因为其优异的功能被广泛用于航空航天工业。

3.航空航天材料的高温功能主要表现在：

a)高温强度、高热稳定性

b)耐腐蚀性、耐磨损性

c)抗氧化性、抗热震性

d)介电性、吸水性

答案：a)高温强度、高热稳定性

解题思路：航空航天材料在使用过程中可能遇到极高温度的环境，因此材料需具备良好的高温强度和高热稳定性来保证其功能。

4.航空航天材料的低温功能主要表现在：

a)高温强度、高热稳定性

b)耐腐蚀性、耐磨损性

c)抗氧化性、抗热震性

d)低温脆性、低冲击韧性

答案：d)低温脆性、低冲击韧性

解题思路：在极低温环境下，材料的低温脆性和低冲击韧性可能成为主要问题。因此，低温功能是航空航天材料功能的重要组成部分。

5.航空航天材料的力学功能测试方法主要包括：

a)室温拉伸、压缩、弯曲

b)疲劳测试、冲击测试

c)液氮温度下的拉伸、压缩、弯曲

d)低温疲劳测试、低温冲击测试

答案：a)室温拉伸、压缩、弯曲

解题思路：室温下的力学功能测试是评价材料基本力学行为的重要方法。虽然低温和极端环境下的测试也非常重要，但室温测试通常作为基础的测试步骤。

6.以下哪种材料不属于航空航天结构材料的范畴：

a)钛合金

b)碳纤维复合材料

c)塑料

d)高强度钢

答案：c)塑料

解题思路：航空航天结构材料通常要求高强度和良好的结构完整性。塑料一般不符合这些要求，因此不属于航空航天结构材料。

7.航空航天材料的热处理方法主要包括：

a)正火、退火、淬火

b)镀膜、涂层、离子注入

c)热塑性加工、冷塑性加工

d)纳米化、薄膜化

答案：a)正火、退火、淬火

解题思路：正火、退火和淬火是改变材料内部结构和功能的常用热处理方法，常用于改善航空航天材料的机械功能和微观结构。其他选项提到的工艺主要用于材料表面的改性。二、填空题1.航空航天材料的______是保证结构安全和使用功能的基础。

答案：力学功能

解题思路：力学功能是材料在外力作用下的行为，包括强度、韧性、塑性等，这是评价材料是否能承受载荷、保证结构安全的关键指标。

2.航空航天材料的______主要是指其在高温环境下的抗氧化功能。

答案：高温功能

解题思路：高温功能是指材料在高温条件下仍能保持其结构和功能的能力，特别是抗氧化功能，对防止材料在高温环境下腐蚀。

3.航空航天材料的______主要是指其在低温环境下的脆性。

答案：低温功能

解题思路：低温功能涉及到材料在低温下的物理功能，特别是脆性，即材料在低温时抗冲击和断裂的能力，是评估材料能否在低温环境中应用的关键指标。

4.航空航天材料的______是指材料在载荷作用下的变形能力。

答案：延展性

解题思路：延展性是指材料在受力时能够变形而不破裂的能力，这是衡量材料可塑性和加工功能的重要指标。

5.航空航天材料的______是指材料在反复载荷作用下的破坏功能。

答案：疲劳功能

解题思路：疲劳功能是指材料在循环载荷作用下发生疲劳裂纹和破坏的能力，这对于航空器在长时间高应力环境下的可靠运行。三、判断题1.航空航天材料的热膨胀系数越小，其在高温环境下的变形越小。（）

答案：√

解题思路：热膨胀系数是描述材料在温度变化时体积变化的物理量。热膨胀系数越小，材料在温度变化时体积变化越小，因此在高温环境下，材料的变形也就越小。

2.航空航天材料的耐腐蚀功能越好，其使用寿命越长。（）

答案：√

解题思路：耐腐蚀功能是指材料抵抗周围介质侵蚀的能力。在航空航天领域，材料长时间暴露在腐蚀性环境中，耐腐蚀功能好的材料能够更好地保持其原有的功能，从而延长使用寿命。

3.航空航天材料的力学功能与材料的密度成正比关系。（）

答案：×

解题思路：力学功能是指材料在受力时抵抗变形和破坏的能力。力学功能与材料的密度并非成正比关系，材料的力学功能还受到其晶体结构、化学成分等因素的影响。

4.航空航天材料的冲击韧性越好，其结构的安全性越高。（）

答案：√

解题思路：冲击韧性是指材料在受到冲击载荷时抵抗断裂的能力。冲击韧性越好，材料在受到冲击载荷时越不容易发生断裂，因此结构的安全性越高。

5.航空航天材料的热处理过程会影响其组织和功能。（）

答案：√

解题思路：热处理是通过加热和冷却材料来改变其组织和功能的过程。航空航天材料的热处理过程可以调整材料的晶粒大小、析出相形态等，从而影响材料的力学功能、耐腐蚀功能等。四、简答题1.简述航空航天材料在高温环境下的主要功能要求。

答案：

航空航天材料在高温环境下的主要功能要求包括：

良好的高温强度和抗氧化性，以承受高温下的力学负荷；

低的蠕变速度，保证在长时间高温作用下材料的稳定性；

良好的热膨胀系数，减少热应力引起的热变形；

低的导热系数，减少热传导引起的温度梯度；

良好的抗热震性，适应温度的快速变化。

解题思路：

针对高温环境下的功能要求，首先应考虑材料的耐高温功能，然后是材料的抗氧化功能和热稳定性，以及热膨胀和导热功能。

2.简述航空航天材料在低温环境下的主要功能要求。

答案：

航空航天材料在低温环境下的主要功能要求包括：

良好的低温韧性，防止材料在低温下脆断；

良好的低温抗冲击性，保证材料在低温下的安全性；

良好的低温疲劳功能，延长材料的使用寿命；

低的低温热膨胀系数，减少低温下的尺寸变化。

解题思路：

低温环境下的功能要求主要是保证材料在低温条件下的机械功能和结构完整性，避免低温脆化、疲劳失效等问题。

3.简述航空航天材料的力学功能对结构设计的影响。

答案：

航空航天材料的力学功能对结构设计的影响包括：

材料的强度和刚度直接影响结构的安全性和承载能力；

材料的弹性模量影响结构的变形和振动特性；

材料的断裂韧性影响结构的抗断裂能力；

材料的疲劳功能影响结构的使用寿命。

解题思路：

材料的力学功能是结构设计的重要依据，需要根据预期的结构载荷和工作环境选择合适的材料，以保证结构设计的合理性和安全性。

4.简述航空航天材料的热处理过程及其对材料功能的影响。

答案：

航空航天材料的热处理过程包括：

固溶处理：提高材料的强度和耐腐蚀性；

回火处理：消除材料内部的应力，提高韧性；

硬化处理：增加材料的硬度和耐磨性；

淬火处理：提高材料的硬度和耐磨性，但降低韧性。

热处理对材料功能的影响：

改善材料的力学功能；

改善材料的耐腐蚀性和耐热性；

改善材料的加工功能。

解题思路：

热处理过程能够改变材料的微观结构，从而影响其功能。了解不同热处理工艺对材料功能的影响，有助于选择合适的热处理工艺来优化材料功能。

5.简述航空航天材料的疲劳功能测试方法及其在材料选择中的应用。

答案：

航空航天材料的疲劳功能测试方法包括：

循环弯曲疲劳试验：模拟材料在循环载荷下的疲劳行为；

拉伸压缩疲劳试验：模拟材料在拉压循环载荷下的疲劳行为；

疲劳裂纹扩展试验：研究材料裂纹在疲劳载荷下的扩展行为。

疲劳功能测试在材料选择中的应用：

通过测试评估材料的疲劳寿命，选择合适的材料；

根据材料疲劳功能的优劣，设计合理的结构和使用条件；

为材料的使用和维护提供依据。

解题思路：

疲劳功能测试是评估材料在循环载荷下功能的重要手段，通过测试结果可以指导材料的选择和应用。五、论述题1.航空航天材料在高温环境下的功能对材料选择的影响。

【题目内容】

请结合最新航空航天材料的研究成果，论述高温环境下，材料功能如何影响航空航天材料的选择，并举例说明不同材料在高温环境下的应用。

【答案】

高温环境下，航空航天材料需要具备良好的抗氧化性、热稳定性、耐热冲击性和机械功能。材料选择时需考虑以下因素：

抗氧化性：在高温环境下，材料应具有优异的抗氧化性，以防止材料表面发生氧化腐蚀。

热稳定性：材料应具有较高的熔点和热膨胀系数，以适应高温环境下的热稳定性要求。

耐热冲击性：材料应具有较好的耐热冲击性，以防止在温度变化时产生裂纹。

机械功能：材料应具有较高的强度和硬度，以满足高温环境下承受载荷的要求。

举例说明：

在发动机涡轮叶片、涡轮盘等部件，通常选用镍基高温合金，因其具有良好的抗氧化性、热稳定性和耐热冲击性。

在火箭发动机喷管，选用碳化硅等耐高温复合材料，以提高发动机的推力。

【解题思路】

在解答此题时，首先要阐述高温环境下航空航天材料需要具备的功能特点，然后结合最新研究成果，论述这些功能如何影响材料的选择。通过实际案例说明不同材料在高温环境下的应用。

2.航空航天材料在低温环境下的功能对材料选择的影响。

【题目内容】

低温环境下，材料功能如何影响航空航天材料的选择？请结合实际案例，分析低温环境对材料选择的影响。

【答案】

低温环境下，航空航天材料需要具备以下功能特点：

低温韧性：材料在低温条件下应具有良好的韧性，以防止材料发生脆性断裂。

热膨胀系数：材料的热膨胀系数应尽可能小，以适应低温环境下的尺寸稳定性。

低温机械功能：材料在低温下的强度和硬度应较高，以满足承受载荷的要求。

举例说明：

在卫星和航天器的低温部件，如低温燃料储罐，通常选用低膨胀系数的铝合金，以保证其在低温环境下的尺寸稳定性。

在火箭发动机的低温部件，如燃烧室，选用钛合金等具有低温韧性的材料。

【解题思路】

解答此题时，首先要明确低温环境下航空航天材料所需具备的功能特点，然后分析这些功能对材料选择的影响。通过实际案例说明低温环境对材料选择的影响。

3.航空航天材料的力学功能对结构设计的影响。

【题目内容】

航空航天材料的力学功能如何影响结构设计？请结合实际案例，分析材料力学功能对结构设计的影响。

【答案】

航空航天材料的力学功能对结构设计具有以下影响：

强度：材料的强度直接影响结构承受载荷的能力，需根据载荷情况选择合适的材料。

剪切强度：在复杂载荷下，材料的剪切强度决定结构的安全性。

疲劳功能：在长期循环载荷下，材料的疲劳功能影响结构的寿命。

举例说明：

在飞机机翼结构设计中，选用高强度、高疲劳功能的铝合金，以满足结构承受载荷的要求。

在火箭发动机喷管设计中，选用具有高强度、高耐热性的高温合金，以适应高温、高压环境。

【解题思路】

在解答此题时，首先要阐述航空航天材料的力学功能对结构设计的影响，然后结合实际案例分析材料力学功能如何影响结构设计。

4.航空航天材料的热处理过程对材料功能的影响。

【题目内容】

航空航天材料的热处理过程对材料功能有何影响？请结合实际案例，分析热处理过程对材料功能的影响。

【答案】

热处理过程对航空航天材料功能的影响主要包括：

改善材料微观结构：热处理可提高材料的强度、韧性、耐磨性等功能。

调整材料功能：通过不同的热处理工艺，可调整材料的组织结构，满足特定功能要求。

延长材料寿命：适当的热处理工艺可提高材料的疲劳功能，延长其使用寿命。

举例说明：

在火箭发动机涡轮盘，采用适当的热处理工艺，可提高其强度和耐热性，延长使用寿命。

在飞机机体结构，通过热处理工艺调整材料的组织结构，提高其疲劳功能。

【解题思路】

解答此题时，首先要阐述热处理过程对航空航天材料功能的影响，然后结合实际案例分析热处理过程如何影响材料功能。

5.航空航天材料的疲劳功能对材料选择的影响。

【题目内容】

航空航天材料的疲劳功能如何影响材料选择？请结合实际案例，分析疲劳功能对材料选择的影响。

【答案】

航空航天材料的疲劳功能对材料选择的影响主要体现在以下方面：

长期承受循环载荷：材料在长期承受循环载荷下，疲劳功能影响其使用寿命。

结构安全：疲劳功能差的材料容易在结构中产生裂纹，影响结构的安全性。

举例说明：

在飞机发动机叶片，选用具有优异疲劳功能的高强度钢，以满足长期承受循环载荷的要求。

在火箭发动机涡轮盘，选用具有高疲劳功能的钛合金，以适应高温、高压环境。

【解题思路】

解答此题时，首先要阐述航空航天材料的疲劳功能对材料选择的影响，然后结合实际案例分析疲劳功能如何影响材料选择。六、计算题1.已知某航空材料在室温下的屈服强度为600MPa，抗拉强度为800MPa，弹性模量为200GPa，计算其强度比和弹性比。

解答：

强度比=抗拉强度/屈服强度=800MPa/600MPa=1.3333

弹性比=抗拉强度/弹性模量=800MPa/200GPa=0.004

2.某航空材料的室温拉伸试验结果断裂应力为1000MPa，最大变形为1mm，求其断后伸长率。

解答：

断后伸长率=(原始长度断后长度)/原始长度

由于没有提供原始长度，无法直接计算断后伸长率。需要更多的信息来进行计算。

3.某航空材料的疲劳试验结果疲劳寿命为50000次，循环应力幅为200MPa，求其疲劳强度。

解答：

疲劳强度=(最大应力最小应力)/2

由于没有提供最大应力，无法直接计算疲劳强度。需要更多的信息来进行计算。

4.某航空材料在40℃下的冲击试验结果冲击功为10J，求其冲击韧性。

解答：

冲击韧性=冲击功/断面面积

由于没有提供断面面积，无法直接计算冲击韧性。需要更多的信息来进行计算。

5.某航空材料在1000℃下的氧化试验结果氧化速率常数为0.5μm/h，求其在10000小时后的氧化层厚度。

解答：

氧化层厚度=氧化速率常数×时间

氧化层厚度=0.5μm/h×10000h=5000μm=5mm

答案及解题思路：

1.解题思路：通过公式直接计算强度比和弹性比。

2.解题思路：使用断后伸长率的定义公式，但需要原始长度数据。

3.解题思路：使用疲劳强度的定义公式，但需要最大应力数据。

4.解题思路：使用冲击韧性的定义公式，但需要断面面积数据。

5.解题思路：直接应用氧化速率常数的定义公式，将时间与氧化速率常数相乘得到氧化层厚度。七、案例分析题1.分析某航空发动机叶片材料的失效原因，并提出改进措施。

案例背景：

某型号航空发动机叶片在运行过程中出现了断裂现象，导致发动机停机。

解题步骤：

收集叶片断裂的物理证据，如断裂面的微观形貌。

分析叶片的化学成分、热处理工艺和机械功能。

调查叶片运行条件，如温度、压力和转速。

结合航空发动机叶片材料的知识，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劳功能不足、热处理不当、运行环境中的腐蚀等因素。

改进措施包括：

1.优化材料成分，提高材料的疲劳强度；

2.改进热处理工艺，保证材料组织均匀；

3.采用表面涂层技术，提高叶片的耐腐蚀性；

4.优化叶片设计，降低应力集中区域。

2.分析某航空机体材料的选择原则，并举例说明其应用。

案例背景：

某新型商用飞机机体采用复合材料设计。

解题步骤：

分析航空机体材料的功能要求，如强度、刚度、耐腐蚀性、重量等。

考虑材料的经济性和制造工艺的可行性。

结合实例，说明不同材料的应用。

答案：

材料选择原则包括：

1.根据结构载荷和功能要求选择合适的材料；

2.考虑材料的成本和加工工艺；

3.保证材料的功能满足航空安全标准。

应