山东省（春季高考）机电技术类 《金属加工基础》项目四任务一 45分钟专题训练卷

山东省（春季高考）机电技术类《金属加工基础》45分钟专题训练卷专辑，共208份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固机电技术类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加机电技术类高考的学生。 与本专辑配套的还有山东省春季高考考试《机械制图》《机械基础》《液压与气压传动》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 山东省（春季高考）机电技术类 《金属加工基础》 项目四：常用金属材料 任务一：新型工程材料简介 时间：45分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题2分，共40分） 1. 在以树脂为基体的高强轻质构件中，常用作增强体的是（ ） A. 聚乙烯短纤维 B. 连续碳纤维 C. 铜合金丝材 D. 氧化铝粉末 【答案】B 【解析】连续碳纤维具有高强度、高模量和低密度等特点，常作为树脂基复合材料的增强体。 2. 工程陶瓷材料区别于普通金属材料的突出性能是（ ） A. 密度较大且韧性较高 B. 导电性能优且延展性好 C. 硬度较高且耐热性好 D. 塑性较好且易于锻造 【答案】C 【解析】工程陶瓷通常具有高硬度、耐磨损、耐高温和耐腐蚀等特点，但韧性和塑性相对较低。 3. 某合金制成的连接件发生变形后，经加热可恢复预定形状。该材料属于（ ） A. 形状记忆合金 B. 硬质合金 C. 铝基复合材料 D. 工程塑料 【答案】A 【解析】形状记忆合金在一定温度条件下可恢复原有形状，具有形状记忆效应。 4. 某航空构件采用纤维增强树脂基复合材料，其中承担主要载荷的组分是（ ） A. 树脂基体 B. 增强纤维 C. 固化剂 D. 填料颗粒 【答案】B 【解析】纤维增强材料主要承受外载荷并提高强度和刚度，树脂基体主要起粘结、传力和保护作用。 5. 纳米材料的特征尺寸通常处于（ ） A. 0.1～1 nm B. 1～100 nm C. 1～100 μm D. 0.1～1 mm 【答案】B 【解析】纳米材料的至少一个维度尺寸通常在1～100 nm范围内，具有明显的尺寸效应。 6. 形状记忆合金在变形后经适当加热能够恢复原状，主要是因为材料内部（ ） A. 发生可逆相变 B. 产生塑性流动 C. 形成永久变形 D. 发生晶粒长大 【答案】A 【解析】形状记忆效应源于合金在温度变化过程中发生可逆的马氏体相变。 7. 制作高温环境下使用的电绝缘基板，较适宜选用的材料是（ ） A. 聚四氟乙烯 B. 氧化铝陶瓷 C. 镁铝合金 D. 碳纤维复材 【答案】B 【解析】氧化铝陶瓷具有耐高温、绝缘性能好和化学稳定性高等特点，适合制作高温绝缘部件。 8. 非晶态合金在微观结构上的主要特征是（ ） A. 原子排列高度有序 B. 晶粒边界十分清晰 C. 位错结构大量存在 D. 原子排列缺乏长程有序 【答案】D 【解析】非晶态合金内部原子排列没有晶体材料那样的长程有序结构，通常通过快速冷却形成。 9. 非晶合金的原子排列特征是（ ） A. 具有长程有序性 B. 具有短程有序性 C. 具有完全无序性 D. 具有明显晶界 【答案】B 【解析】非晶合金不存在晶体材料的长程有序结构，但原子在局部范围内仍具有短程有序特征。 10. 某精密仪器中的小齿轮要求耐磨、减摩且尺寸稳定，宜选用的工程塑料是（ ） A. 聚氯乙烯 B. 聚四氟乙烯 C. 聚甲醛 D. 酚醛树脂 【答案】C 【解析】聚甲醛具有较好的耐磨性、减摩性和尺寸稳定性，常用于制造齿轮、轴承保持架等零件。 11. 将压力变化转换为电信号的传感元件，常采用的功能材料是（ ） A. 磁致伸缩材料 B. 光导纤维材料 C. 压电陶瓷材料 D. 相变储能材料 【答案】C 【解析】压电陶瓷受力变形时会在表面产生电荷，可用于压力、振动等信号检测。 12. 纳米材料通常是指材料的至少一个结构尺寸处于（ ） A. 1～100 nm B. 100～1000 nm C. 1～10 μm D. 10～100 μm 【答案】A 【解析】纳米材料的结构单元尺寸通常处于1～100 nm范围，具有明显的尺寸效应和表面效应。 13. 高速切削淬硬钢时，刀具材料应具有较高硬度和耐磨性，常选用（ ） A. 钨钴类硬质合金 B. 镍钛形状记忆合金 C. 聚酰胺工程塑料 D. 铋锡低熔点合金 【答案】A 【解析】硬质合金具有高硬度、耐磨性好和耐热性较高等特点，适用于制造切削刀具。 14. 某振动传感器需要将机械振动转换为电信号，敏感元件宜选用（ ） A. 高强度钢 B. 硬质合金 C. 光导纤维 D. 压电陶瓷 【答案】D 【解析】压电陶瓷受力变形时会产生电荷，可实现机械能与电能之间的转换。 15. 智能材料系统区别于普通材料的主要特征是（ ） A. 能长期保持固定形状 B. 能持续传递机械动力 C. 能单向吸收环境热量 D. 能感知刺激产生响应 【答案】D 【解析】智能材料能够感知外界刺激，并通过材料性能变化或执行机构产生相应响应。 16. 纤维增强复合材料中，直接影响增强材料向基体传递载荷效率的因素是（ ） A. 增强相体积分数 B. 界面结合状态 C. 基体晶粒尺寸 D. 保温处理时间 【答案】B 【解析】复合材料中纤维与基体的界面结合良好，才能有效传递载荷并发挥增强作用。 17. 某压力传感器采用压电陶瓷作为敏感元件，其受压后能够输出电信号，利用的是压电陶瓷的（ ） A. 受压后产生电荷 B. 通电后发生伸缩 C. 升温后改变形状 D. 受光后增强导电 【答案】A 【解析】压电陶瓷受到压力作用时会产生电荷，这种正压电效应可实现压力信号检测。 18. 某机械臂连接板采用碳纤维增强树脂基复合材料，主要承受单向拉力。为充分发挥材料强度，宜采用的铺层方式是（ ） A. 使纤维沿拉力方向排布 B. 使纤维沿垂直方向排布 C. 使纤维沿厚度方向排布 D. 使纤维沿随机方向排布 【答案】A 【解析】碳纤维沿受力方向排列时，可最大限度发挥纤维较高的抗拉强度和刚度。 19. 某企业拟将900℃氧化气氛中往复运动的钢制导向臂改为新材料，要求质量明显降低，经多次热循环后仍保持结构强度。下列材料方案最适宜的是（ ） A. 碳纤维树脂基复材，适于中温减重工况 B. 镍基高温合金，适于高温重载工况 C. 碳化硅纤维陶瓷基复材，适于高温轻质工况 D. 聚酰胺纤维增强塑料，适于常温耐磨工况 【答案】C 【解析】碳化硅纤维陶瓷基复合材料耐高温、耐氧化且密度较低，能够满足高温热循环条件下的轻量化要求。 20. 某无人机涡轮发动机燃烧室外衬需长期承受约1000 ℃高温，并经历频繁冷热循环，且要求尽量减轻质量。较合适的材料是（ ） A. 碳纤维增强树脂基复合材料 B. 玻璃纤维增强铝基复合材料 C. 氧化铝颗粒增强铜基复合材料 D. 碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料 【答案】D 【解析】碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料耐高温、耐热震且密度较低，适合高温轻量化结构件。 二、计算题（本大题共5小题，每题4分，共20分） 21. 某设备原采用钢制防护罩，现拟改用碳纤维增强复合材料防护罩。已知防护罩体积为 ，碳纤维增强复合材料的密度为 ，钢的密度为 。计算：（1）采用碳纤维增强复合材料时，防护罩的质量。（2）若防护罩外形尺寸不变，改用该复合材料后比原钢制防护罩减轻的质量及减重率。 【答案】（1）防护罩质量为 。（2）钢制防护罩质量为 ，减轻质量为 ，减重率约为 。 【解析】（1）质量计算公式为 m=ρV。碳纤维增强复合材料密度为 1.60 g/cm3=1600 kg/，因此防护罩质量 ×0.012=19.2 kg。（2）钢的密度为 7.85 g/cm3=7850 kg/，钢制防护罩质量 ×0.012=94.2 kg。减轻质量 Δm=-19.2=75.0 kg。减重率为 Δm/×100%=75.0/94.2×100%≈79.6%。 22. 某自动检测装置采用导电高分子材料制作柔性电阻传感元件。该材料电阻率为 ，导电层长度为 ，横截面积为 。传感元件接入 直流电源。计算：（1）该导电层的电阻。（2）通过导电层的电流及其消耗的电功率。 【答案】（1）导电层电阻为 。（2）电流为 ，电功率为 。 【解析】（1）电阻取电阻率与长度的乘积，再除以横截面积。将 换算为 ，计算得电阻为 。（2）电流取电压除以电阻，得到 。电功率取电压与电流的乘积，得到 。 23. 某功率模块采用氧化铝工程陶瓷基板散热。已知基板导热系数为 ，导热面积为 ，厚度为 ，基板两侧温差为 。计算：（1）在稳定导热状态下，通过该基板的传热功率。（2）若保持上述工况 ，通过基板传递的热量。 【答案】（1）传热功率为 。（2）传递的热量为 。 【解析】（1）传热功率取导热系数、导热面积和温差的乘积，再除以基板厚度。将面积换算为 ，厚度换算为 ，计算得 。（2）热量取传热功率与时间的乘积。将 换算为 ，计算得 。 24. 某精密夹具使用镍钛形状记忆合金丝作为驱动元件。合金丝原长为 ，直径为 ，加热后可产生 的回复应变。设其等效弹性模量为 ，允许工作应力为 。计算：（1）合金丝加热后的理论回复位移。（2）按等效弹性模量计算，回复应变为 时的理论应力。（3）判断该回复应变是否满足允许工作应力要求，并计算满足允许工作应力时的最大理论回复位移。 【答案】（1）理论回复位移为 。（2）理论应力为 。（3）理论应力超过允许工作应力，不满足要求；最大理论回复位移为 。 【解析】（1）回复位移取原长与回复应变的乘积，计算得 ，即 。（2）应力取等效弹性模量与应变的乘积，计算得 ，即 。（3） 大于 ，因此不满足要求。最大允许应变为 ，即 ，对应位移为 。 25. 某企业配制纳米二氧化硅增强树脂复合材料，用于制造轻量化设备外壳。要求成品总体积为 ，其中纳米二氧化硅的体积分数为 。纳米二氧化硅密度为 ，树脂密度为 。生产中纳米二氧化硅的有效利用率为 ，忽略混合后的体积变化。计算：（1）配制该复合材料理论上需要纳米二氧化硅和树脂各多少克。（2）考虑有效利用率后，实际至少应投入多少克纳米二氧化硅。 【答案】（1）理论需要纳米二氧化硅 ，树脂 。（2）实际至少应投入纳米二氧化硅约 。 【解析】（1）纳米二氧化硅体积为 ，即 ；树脂体积为 。分别取体积与密度的乘积，得到 和 。（2）实际投料量取理论用量除以有效利用率。将 除以 ，得到约 。 三、综合应用题（本大题共6小题，共40分） 26.（5分）某轨道交通设备制造企业拟用碳纤维增强复合材料制作车体检修盖板。盖板体积为 ，碳纤维增强复合材料的密度为 ，原铝合金盖板的密度为 。（1）计算采用碳纤维增强复合材料制作该盖板时的质量，以及与原铝合金盖板相比减轻的质量。（2）判断碳纤维增强复合材料是否有利于车辆轻量化，并说明依据。（3）若该盖板安装在经常受振动的部位，说明选用碳纤维增强复合材料时还应重点关注的性能。 【答案】（1）碳纤维增强复合材料密度为 。盖板质量 。铝合金盖板质量 。减轻质量 。（2）有利于车辆轻量化。该复合材料盖板质量较铝合金盖板减少 ，减重约为 。（3）应重点关注材料的疲劳性能、层间结合强度和连接部位的抗振可靠性，防止长期振动引起分层或开裂。 【解析】密度换算为1600、2700 kg/，质量均按m=ρV计算，分别为19.2 kg和32.4 kg，减重13.2 kg，约40.7%。复合材料有利于轻量化；振动部位还应关注疲劳、层间强度及连接抗振性。 27.（5分）某企业拟用碳纤维增强环氧树脂复合材料制作无人机机身蒙皮。已知碳纤维体积分数为60%，碳纤维密度为，环氧树脂密度为。蒙皮长为，宽为，厚为。若改用同尺寸钢板，钢的密度为。（1）计算该复合材料的理论密度及一块蒙皮的质量。（2）计算采用复合材料蒙皮比采用钢板减轻的质量百分比。（3）说明碳纤维增强复合材料用于无人机机身的两项主要优点，并指出加工制造时应注意的一项问题。 【答案】（1）复合材料密度为：即。蒙皮体积为：蒙皮质量为：。（2）钢板质量为：减轻质量百分比为：。（3）碳纤维增强复合材料比强度高、质量轻，可降低飞行器自重；耐腐蚀性能好，适合户外服役。加工时应控制纤维铺层方向和树脂浸润质量，避免产生分层、气孔等缺陷。 【解析】按体积分数混合法，ρ=0.60×1.80+0.40×1.20=1.56 g/cm3。蒙皮体积为0.00384 ，质量5.99 kg；钢板质量30.14 kg，减重率80.1%。其比强度高、耐腐蚀，加工需控制铺层和浸润质量。 28.（5分）某自动化生产线使用镍钛形状记忆合金丝驱动夹具。每次动作时，合金丝质量为 ，比热容为 ，需由 加热至 才能恢复预定形状。电加热装置的热效率为 。（1）计算合金丝一次动作所吸收的热量，以及电加热装置需要提供的电能。（2）若生产线每分钟完成 12 次动作，计算该装置工作 1 小时的耗电量，结果用 表示。（3）说明形状记忆合金用于自动夹具时，相比普通刚性传动机构的一个主要优点和一个使用限制。 【答案】（1）温度变化量 。合金丝吸收热量 。所需电能 。（2）1小时动作次数 次。总电能 。耗电量 。（3）优点是可利用温度变化实现自动回复和驱动，结构较紧凑。使用限制是加热、冷却过程会影响响应速度，且需控制工作温度范围。 【解析】温升50℃，吸热Q=mcΔT=3.45 kJ；考虑80%热效率，单次耗电4.3125 kJ。1小时动作720次，总耗电3105 kJ=0.8625 kW·h。形状记忆合金结构紧凑，但受加热、冷却速度和工作温度限制。 29.（5分）某工厂采用石英光纤传感系统监测高温设备的运行状态。光纤传输距离为，光纤衰减系数为，线路中有4个光纤连接器，每个连接器的插入损耗为。发射端光功率为，接收装置正常工作的最低光功率为。（1）计算该传输线路的总衰减量和接收端光功率。（2）判断该系统接收装置能否正常工作。（3）若不能正常工作，提出两项提高接收端光功率的改进措施。 【答案】（1）光纤传输损耗为：连接器损耗为：总衰减量为：接收端光功率为：。（2）不能正常工作。接收端光功率为，低于最低工作光功率。（3）可选用衰减系数更低的光纤；减少连接器数量或提高连接器安装质量；必要时在线路中增设光放大或中继装置。 【解析】线路损耗为12×0.25=3.0 dB，连接器损耗为4×0.40=1.6 dB，总衰减4.6 dB。接收功率P=2.0×10^(-4.6/10)=0.69 mW，低于0.80 mW，不能正常工作。可降低线路或连接损耗，并增设光放大、中继装置。 30.（10分）某燃气轮机维修企业在高温部件表面喷涂功能梯度热障涂层。涂层面积为 ，平均厚度为 ，平均密度为 ，导热系数为 。部件工作时，涂层两侧温差为 。（1）计算该热障涂层的体积和质量。（2）按稳态导热计算，涂层的热传导功率为多少？已知 。（3）若允许热传导功率不超过 ，判断现有涂层是否满足要求，并提出一种改进措施。 【答案】（1）涂层厚度 。涂层体积 。涂层质量 。（2）热传导功率 。。热传导功率为 。（3）不满足要求，因为 大于 。可适当增大涂层厚度，或选用导热系数更低的热障材料。 【解析】厚度0.50 mm=0.00050 m，体积V=Ad=0.00040 ，质量为2.24 kg。按P=λAΔT/d，热传导功率为1.792 MW，高于1.50 MW，故不满足要求；可增大涂层厚度或降低材料导热系数。 31.（10分）某自动化生产线使用镍钛形状记忆合金丝驱动小型锁紧机构。合金丝电阻为，接入直流电源后加热。合金丝质量为，比热容为，初始温度为，完全恢复形状所需温度为。电能转化为合金丝热能的效率为70%，生产线要求锁紧机构在15 s内完成动作。（1）计算合金丝升温至所需热量、加热电功率及理论加热时间。（2）判断该驱动机构能否满足15 s内完成动作的要求，并说明理由。（3）提出两项改善该形状记忆合金驱动响应速度的措施。 【答案】（1）合金丝升温至80℃所需热量为：。加热电功率为：。电能转化为热能的有效加热功率为：。理论加热时间为：。（2）不能满足要求。合金丝升温至完全恢复形状所需温度80℃的理论时间为18.1 s，大于规定的15 s。在15 s内可获得的热量为，对应温升为，温度约为，低于80℃。（3）①减小合金丝直径或质量，降低热容量和所需升温热量；②在合金丝允许的电流、电压及温度范围内提高加热功率，并采用温度反馈控制防止过热。 【解析】温升55℃，所需热量Q=18×0.46×55=455.4 J；电功率为36 W，有效加热功率为0.70×36=25.2 W，理论加热时间18.1 s。其大于15 s，不能满足要求；可减小合金丝质量，并在允许范围内提高加热功率、采用温控。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $ 山东省（春季高考）机电技术类《金属加工基础》45分钟专题训练卷专辑，共208份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固机电技术类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加机电技术类高考的学生。 与本专辑配套的还有山东省春季高考考试《机械制图》《机械基础》《液压与气压传动》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 山东省（春季高考）机电技术类 《金属加工基础》 项目四：常用金属材料 任务一：新型工程材料简介 时间：45分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题2分，共40分） 1. 在以树脂为基体的高强轻质构件中，常用作增强体的是（ ） A. 聚乙烯短纤维 B. 连续碳纤维 C. 铜合金丝材 D. 氧化铝粉末 2. 工程陶瓷材料区别于普通金属材料的突出性能是（ ） A. 密度较大且韧性较高 B. 导电性能优且延展性好 C. 硬度较高且耐热性好 D. 塑性较好且易于锻造 3. 某合金制成的连接件发生变形后，经加热可恢复预定形状。该材料属于（ ） A. 形状记忆合金 B. 硬质合金 C. 铝基复合材料 D. 工程塑料 4. 某航空构件采用纤维增强树脂基复合材料，其中承担主要载荷的组分是（ ） A. 树脂基体 B. 增强纤维 C. 固化剂 D. 填料颗粒 5. 纳米材料的特征尺寸通常处于（ ） A. 0.1～1 nm B. 1～100 nm C. 1～100 μm D. 0.1～1 mm 6. 形状记忆合金在变形后经适当加热能够恢复原状，主要是因为材料内部（ ） A. 发生可逆相变 B. 产生塑性流动 C. 形成永久变形 D. 发生晶粒长大 7. 制作高温环境下使用的电绝缘基板，较适宜选用的材料是（ ） A. 聚四氟乙烯 B. 氧化铝陶瓷 C. 镁铝合金 D. 碳纤维复材 8. 非晶态合金在微观结构上的主要特征是（ ） A. 原子排列高度有序 B. 晶粒边界十分清晰 C. 位错结构大量存在 D. 原子排列缺乏长程有序 9. 非晶合金的原子排列特征是（ ） A. 具有长程有序性 B. 具有短程有序性 C. 具有完全无序性 D. 具有明显晶界 10. 某精密仪器中的小齿轮要求耐磨、减摩且尺寸稳定，宜选用的工程塑料是（ ） A. 聚氯乙烯 B. 聚四氟乙烯 C. 聚甲醛 D. 酚醛树脂 11. 将压力变化转换为电信号的传感元件，常采用的功能材料是（ ） A. 磁致伸缩材料 B. 光导纤维材料 C. 压电陶瓷材料 D. 相变储能材料 12. 纳米材料通常是指材料的至少一个结构尺寸处于（ ） A. 1～100 nm B. 100～1000 nm C. 1～10 μm D. 10～100 μm 13. 高速切削淬硬钢时，刀具材料应具有较高硬度和耐磨性，常选用（ ） A. 钨钴类硬质合金 B. 镍钛形状记忆合金 C. 聚酰胺工程塑料 D. 铋锡低熔点合金 14. 某振动传感器需要将机械振动转换为电信号，敏感元件宜选用（ ） A. 高强度钢 B. 硬质合金 C. 光导纤维 D. 压电陶瓷 15. 智能材料系统区别于普通材料的主要特征是（ ） A. 能长期保持固定形状 B. 能持续传递机械动力 C. 能单向吸收环境热量 D. 能感知刺激产生响应 16. 纤维增强复合材料中，直接影响增强材料向基体传递载荷效率的因素是（ ） A. 增强相体积分数 B. 界面结合状态 C. 基体晶粒尺寸 D. 保温处理时间 17. 某压力传感器采用压电陶瓷作为敏感元件，其受压后能够输出电信号，利用的是压电陶瓷的（ ） A. 受压后产生电荷 B. 通电后发生伸缩 C. 升温后改变形状 D. 受光后增强导电 18. 某机械臂连接板采用碳纤维增强树脂基复合材料，主要承受单向拉力。为充分发挥材料强度，宜采用的铺层方式是（ ） A. 使纤维沿拉力方向排布 B. 使纤维沿垂直方向排布 C. 使纤维沿厚度方向排布 D. 使纤维沿随机方向排布 19. 某企业拟将900℃氧化气氛中往复运动的钢制导向臂改为新材料，要求质量明显降低，经多次热循环后仍保持结构强度。下列材料方案最适宜的是（ ） A. 碳纤维树脂基复材，适于中温减重工况 B. 镍基高温合金，适于高温重载工况 C. 碳化硅纤维陶瓷基复材，适于高温轻质工况 D. 聚酰胺纤维增强塑料，适于常温耐磨工况 20. 某无人机涡轮发动机燃烧室外衬需长期承受约1000 ℃高温，并经历频繁冷热循环，且要求尽量减轻质量。较合适的材料是（ ） A. 碳纤维增强树脂基复合材料 B. 玻璃纤维增强铝基复合材料 C. 氧化铝颗粒增强铜基复合材料 D. 碳化硅纤维增强陶瓷基复合材料 二、计算题（本大题共5小题，每题4分，共20分） 21. 某设备原采用钢制防护罩，现拟改用碳纤维增强复合材料防护罩。已知防护罩体积为 ，碳纤维增强复合材料的密度为 ，钢的密度为 。计算：（1）采用碳纤维增强复合材料时，防护罩的质量。（2）若防护罩外形尺寸不变，改用该复合材料后比原钢制防护罩减轻的质量及减重率。 22. 某自动检测装置采用导电高分子材料制作柔性电阻传感元件。该材料电阻率为 ，导电层长度为 ，横截面积为 。传感元件接入 直流电源。计算：（1）该导电层的电阻。（2）通过导电层的电流及其消耗的电功率。 23. 某功率模块采用氧化铝工程陶瓷基板散热。已知基板导热系数为 ，导热面积为 ，厚度为 ，基板两侧温差为 。计算：（1）在稳定导热状态下，通过该基板的传热功率。（2）若保持上述工况 ，通过基板传递的热量。 24. 某精密夹具使用镍钛形状记忆合金丝作为驱动元件。合金丝原长为 ，直径为 ，加热后可产生 的回复应变。设其等效弹性模量为 ，允许工作应力为 。计算：（1）合金丝加热后的理论回复位移。（2）按等效弹性模量计算，回复应变为 时的理论应力。（3）判断该回复应变是否满足允许工作应力要求，并计算满足允许工作应力时的最大理论回复位移。 25. 某企业配制纳米二氧化硅增强树脂复合材料，用于制造轻量化设备外壳。要求成品总体积为 ，其中纳米二氧化硅的体积分数为 。纳米二氧化硅密度为 ，树脂密度为 。生产中纳米二氧化硅的有效利用率为 ，忽略混合后的体积变化。计算：（1）配制该复合材料理论上需要纳米二氧化硅和树脂各多少克。（2）考虑有效利用率后，实际至少应投入多少克纳米二氧化硅。 三、综合应用题（本大题共6小题，共40分） 26.（5分）某轨道交通设备制造企业拟用碳纤维增强复合材料制作车体检修盖板。盖板体积为 ，碳纤维增强复合材料的密度为 ，原铝合金盖板的密度为 。（1）计算采用碳纤维增强复合材料制作该盖板时的质量，以及与原铝合金盖板相比减轻的质量。（2）判断碳纤维增强复合材料是否有利于车辆轻量化，并说明依据。（3）若该盖板安装在经常受振动的部位，说明选用碳纤维增强复合材料时还应重点关注的性能。 27.（5分）某企业拟用碳纤维增强环氧树脂复合材料制作无人机机身蒙皮。已知碳纤维体积分数为60%，碳纤维密度为，环氧树脂密度为。蒙皮长为，宽为，厚为。若改用同尺寸钢板，钢的密度为。（1）计算该复合材料的理论密度及一块蒙皮的质量。（2）计算采用复合材料蒙皮比采用钢板减轻的质量百分比。（3）说明碳纤维增强复合材料用于无人机机身的两项主要优点，并指出加工制造时应注意的一项问题。 28.（5分）某自动化生产线使用镍钛形状记忆合金丝驱动夹具。每次动作时，合金丝质量为 ，比热容为 ，需由 加热至 才能恢复预定形状。电加热装置的热效率为 。（1）计算合金丝一次动作所吸收的热量，以及电加热装置需要提供的电能。（2）若生产线每分钟完成 12 次动作，计算该装置工作 1 小时的耗电量，结果用 表示。（3）说明形状记忆合金用于自动夹具时，相比普通刚性传动机构的一个主要优点和一个使用限制。 29.（5分）某工厂采用石英光纤传感系统监测高温设备的运行状态。光纤传输距离为，光纤衰减系数为，线路中有4个光纤连接器，每个连接器的插入损耗为。发射端光功率为，接收装置正常工作的最低光功率为。（1）计算该传输线路的总衰减量和接收端光功率。（2）判断该系统接收装置能否正常工作。（3）若不能正常工作，提出两项提高接收端光功率的改进措施。 30.（10分）某燃气轮机维修企业在高温部件表面喷涂功能梯度热障涂层。涂层面积为 ，平均厚度为 ，平均密度为 ，导热系数为 。部件工作时，涂层两侧温差为 。（1）计算该热障涂层的体积和质量。（2）按稳态导热计算，涂层的热传导功率为多少？已知 。（3）若允许热传导功率不超过 ，判断现有涂层是否满足要求，并提出一种改进措施。 31.（10分）某自动化生产线使用镍钛形状记忆合金丝驱动小型锁紧机构。合金丝电阻为，接入直流电源后加热。合金丝质量为，比热容为，初始温度为，完全恢复形状所需温度为。电能转化为合金丝热能的效率为70%，生产线要求锁紧机构在15 s内完成动作。（1）计算合金丝升温至所需热量、加热电功率及理论加热时间。（2）判断该驱动机构能否满足15 s内完成动作的要求，并说明理由。（3）提出两项改善该形状记忆合金驱动响应速度的措施。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $