1、
2025年大学复合材料与工程（复合材料性能）试题及答案
（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______
第I卷（选择题 共30分）
答题要求：本大题共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1. 复合材料的性能特点不包括以下哪一项？
A. 可设计性
B. 各向同性
C. 比强度高
D. 比模量高
2. 增强相在复合材料中主要起什么作用？
A. 提高基体的强度
B. 改善复合材料的加工性能
C. 传递载荷并提高复合材料的性能
D. 降低复合材料的成本
3. 以下哪种复
2、合材料的界面结合强度适中，综合性能较好？
A. 机械结合界面
B. 化学结合界面
C. 物理吸附界面
D. 混合结合界面
4. 复合材料的疲劳性能与以下哪种因素关系不大？
A. 纤维含量
B. 基体性能
C. 界面性能
D. 材料的颜色
5. 当复合材料承受横向载荷时，主要承载的是？
A. 纤维
B. 基体
C. 界面
D. 增强相
6. 复合材料的热膨胀系数主要取决于？
A. 纤维的热膨胀系数
B. 基体的热膨胀系数
C. 两者的相对含量和热膨胀系数
D. 复合材料的密度
7. 提高复合材料耐腐蚀性的有效方法不包括？
A. 选择耐腐蚀的基体
B.
3、对纤维进行表面处理
C. 增加复合材料的厚度
D. 优化界面设计
8. 以下哪种材料不宜作为复合材料的基体？
A. 金属
B. 陶瓷
C. 玻璃
D. 木材
9. 复合材料的吸湿会导致其性能下降，以下哪种性能下降最为明显？
A. 强度
B. 模量
C. 电性能
D. 热性能
10. 对于纤维增强复合材料，纤维的排列方式对其性能影响较大，哪种排列方式能使复合材料在轴向具有最高的强度？
A. 随机排列
B. 单向排列
C. 正交排列
D. 斜交排列
第II卷（非选择题 共70分）
11. （10分）简述复合材料性能的可设计性原理。
12.
4、15分）比较纤维增强复合材料中纤维连续和纤维不连续时的性能差异。
13. （15分）论述复合材料界面结合强度对复合材料性能的影响。
14. （材料题，15分）材料：某复合材料在拉伸试验中，初始标距为50mm，直径为10mm。在拉力作用下，标距伸长到60mm，此时的拉力为50kN。已知该复合材料的纤维体积分数为60%，纤维的弹性模量为200GPa，基体的弹性模量为10GPa。求：（1）该复合材料的拉伸强度；（2）该复合材料的弹性模量。
15. （材料题，15分）材料：一种用于航空航天的复合材料，在实际使用中发现其在高温环境下性能下降明显。已知该复合材料的基体为环氧树脂，纤维为碳纤维。请分
5、析可能导致其高温性能下降的原因，并提出改进措施。
答案：
1. B
2. C
3. D
4. D
5. B
6. C
7. C
8. D
9. A
10. B
11. 复合材料性能的可设计性原理在于其组成相的多样性和可调控性。通过选择不同性能的基体材料、增强相材料及其含量、分布、排列方式等，可以设计出具有特定性能要求的复合材料。例如，选择高强度、高模量的纤维作为增强相，与合适的基体复合，可大幅提高复合材料的强度和模量；调整纤维的排列方向可使复合材料在不同方向上呈现不同的性能，以满足实际应用中的各向异性需求。
12. 纤维连续时，复合材料的性能在纤维方向上具有
6、较高的强度和模量，因为纤维能够有效地传递载荷，发挥其增强作用。而纤维不连续时，纤维与纤维之间的载荷传递受到一定限制，复合材料在纤维方向上的强度和模量相对较低。但纤维不连续的复合材料在某些情况下具有较好的加工性能和韧性，因为纤维的不连续减少了加工过程中的应力集中，并且在承受冲击等载荷时，纤维的断裂和拔出等机制可吸收能量，提高韧性。
13. 复合材料界面结合强度对复合材料性能影响显著。当界面结合强度适中时，可以有效地传递载荷，使纤维和基体协同工作，充分发挥各自的性能优势，提高复合材料的强度、模量等力学性能。若界面结合强度过高，在受力时可能会导致界面处过早破坏，影响复合材料的性能；若界面结合强度过
7、低，则纤维与基体之间的载荷传递不畅，复合材料的性能也难以得到有效提升。此外，合适的界面结合强度还对复合材料的疲劳性能、耐腐蚀性等有重要影响。
14. （1）拉伸强度计算公式为\(σ = F/A_0\)，其中\(F = 50kN\)，\(A_0=\pi(d_0^2)/4=\pi\times( (10mm)^2)/4 = 25\pi mm^2\)，换算单位\(1kN = 1000N\)，\(1mm^2 = 10^{-6}m^2\)，则\(σ = 50\times1000N / (25\pi\times10^{-6}m^2)≈636.9MPa\)。（2）根据混合法则\(E = E_fV_f + E_mV_m\)，已知\(V_f = 60\% = 0.6\)，\(V_m = 1 - V_f = 0.4\)分别代入计算，\(E = 200GPa×0.6 + 10GPa×0.4 = 124GPa\)。
15. 原因：环氧树脂基体在高温下可能发生软化、降解等现象，导致其性能下降，从而影响复合材料整体性能。碳纤维在高温下可能与基体发生化学反应，或者其自身性能也会有所变化。改进措施：可选用耐高温的基体材料，如高温合金等替代环氧树脂。对碳纤维进行高温稳定化处理，提高其在高温下的性能稳定性。优化复合材料的界面设计，增强界面在高温下的稳定性，以更好地传递载荷，维持复合材料的性能。
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