飞秒激光参数对硅橡胶表面结构与防冰性能影响的研究

目的采用飞秒激光刻蚀硅橡胶表面,获得表面结构较优、润湿性能与防冰性能优异的超疏水硅橡胶表面。方法通过控制变量,设计单因素试验,研究飞秒激光参数(填充间距、能量密度、扫描速度)对硅橡胶表面结构的影响规律。基于正交试验设计和极差分析获得使表面结构规整且表面粗糙度最大的相对最优工艺参数,研究飞秒激光参数对表面粗糙度的影响主次顺序。结果飞秒激光刻蚀硅橡胶的相对最佳工艺参数如下:能量密度为5 J/cm^(2),扫描速度为200 mm/s,填充间距为20μm。最优参数组下激光刻蚀的超疏水硅橡胶表面粗糙度达到最大值5.954μm,具有规整的峰状凸起与微纳结构和优异的超疏水性能,水接触角高达165.3°,滚动角低至2.6°。该超疏水硅橡胶表面具有优异的防冰性能,在低温高湿环境下,与未处理的硅橡胶表面相比,结冰时间由67 s延长至312 s,冰黏附强度由39.6 kPa降低至7.4 kPa。超疏水硅橡胶还具有良好的循环除冰性能,经20次结冰/除冰循环后,冰黏附强度仍不超过20 kPa;此外,该表面还具有优异的耐腐蚀性能和良好的耐磨损性能。结论飞秒激光增大能量密度和减小扫描速度会使激光刻蚀宽度增大,要避免纵向条纹,应控制填充间距不超过激光刻蚀宽度。激光参数优化后刻蚀出的超疏水硅橡胶表面具备优异的防冰性能,并且机械与化学稳定性较好,在恶劣环境中的防冰领域,具有广阔的应用前景。

基于LSSVM-NSGA-Ⅱ的桥梁钢构件三维激光扫描方案优化

针对三维激光扫描技术获取构件空间点云数据时不可避免的测量误差问题,本文研发最小二乘支持向量机-带精英策略非支配排序遗传算法(LSSVM-NSGA-Ⅱ)优化模型,以水平入射角度、倾斜角度、点云密度、测量距离、分辨率以及能见度作为输入指标,对相对误差和扫描时间进行多目标优化。首先利用LSSVM实现三维激光扫描参数对相对误差和扫描时间的高精度预测,得到其非线性映射关系函数后,将其作为目标优化函数,基于NSGA-Ⅱ进行多目标优化。研究表明,基于LSSVM的相对误差和扫描时间预测精度很高,利用遗传算法进行多目标优化后,获得最优的三维激光扫描参数值,被验证效果良好。体现LSSVM-NSGA-Ⅱ模型在寻优中的智能化、精准化,可以达到提高桥梁钢构件三维激光扫描的精准度,从而避免桥梁钢构件误差过大对建筑项目的影响。