<p>Multilayer polymer decorative films are showing a growing presence in the automotive industry, substituting conventional paint applications while maintaining similar aesthetic appeal. However for certain film constructions that have distinct layer properties, the polymer film laminates have shown to form wrinkles on application of heat during thermoforming. In this study, attempts were made to identify the factors influencing wrinkling and to predict the variation in the wrinkle parameters under changing forming conditions using existing theoretical models. A new modified thermoforming technique is proposed for producing thermoformed parts without wrinkles and thereby achieving a <em>Class A</em> finished surface.</p> / Master of Applied Science (MASc)

La Simulation aux Grandes Echelles (SGE) est appliquée à des brûleurs industriels pour prédire de nombreux phénomènes physiques complexes, tel que l’allumage ou la formation de polluants. La prise en compte de réactions chimiques détaillées est alors indispensable pour obtenir des résultats précis. L’amélioration des moyens de calculs permet de réaliser des simulations de brûleurs avec une chimie de plus en plus détaillée. La principale problématique est le couplage entre les réactions chimiques et l’écoulement turbulent. Bien que la dynamique de flamme soit souvent bien reproduite avec les modèles actuels, la prédiction de phénomènes complexes comme la formation de polluants reste une tâche difficile. En particulier, des études ont montré que l’influence du plissement de sous-maille sur la structure chimique des flammes n’était pas prise en compte de manière précise. Deux modèles basés sur le filtrage explicite des fronts de flammes sont étudiés dans cette thèse afin d’améliorer la prédiction de polluants en combustion turbulente prémélangée : (i) le premier modèle met en jeu une méthode de déconvolution des variables filtrées ; (ii) le second modèle implique l’optimisation de la chimie pour obtenir des flammes turbulentes filtrées. L’objectif de la thèse est d’obtenir une prédiction précise des polluants à coût de calcul réduit. / Large Eddy Simulation (LES) is applied to industrial burners to predict a wide range of complex physical phenomena, such as flame ignition and pollutants formation. The prediction accuracy is tightly linked to the ability to describe in detail the chemical reactions and thus the flame chemical structure. With the improvement of computational clusters, the simulation of industrial burners with detailed chemistry becomes possible. A major issue is then to couple detailed chemical mechanisms to turbulent flows. While the flame dynamics is often correctly simulated with stateof- the-art models, the prediction of complex phenomena such as pollutants formation remains a difficult task. Several investigations show that, in many models, the impact of flame subgrid scale wrinkling on the chemical flame structure is not accurately taken into account. Two models based on explicit flame front filtering are explored in this thesis to improve pollutants formation in turbulent premixed combustion: (i) a model based on deconvolution of filtered scalars; (ii) a model involving the optimization of chemistry to reproduce filtered turbulent flames. The objective of the work is to achieve high accuracy in pollutants formation prediction at low computational costs.

Sandwich panels comprise a thick, light-weight plastic foam such as polyurethane, polystyrene or mineral wool sandwiched between two relatively thin steel faces. One or both steel faces may be flat, lightly profiled or fully profiled. Until recently sandwich panel construction in Australia has been limited to cold-storage buildings due to the lack of design methods and data. However, in recent times, its use has increased significantly due to their widespread structural applications in building systems. Structural sandwich panels generally used in Australia comprise of polystyrene foam core and thinner (0.42 mm) and high strength (minimum yield stress of 550 MPa and reduced ductility) steel faces bonded together using separate adhesives. Sandwich panels exhibit various types of buckling behaviour depending on the types of faces used. Three types of buckling modes can be observed which are local buckling of plate elements of fully profiled faces, flexural wrinkling of flat and lightly profiled faces and mixed mode buckling of lightly profiled faces due to the interaction of local buckling and flexural wrinkling. To study the structural performance and develop appropriate design rules for sandwich panels, all these buckling failure modes have to be investigated thoroughly. A well established analytical solution exists for the design of flat faced sandwich panels, however, the design solutions for local buckling of fully profiled sandwich panels and mixed mode buckling of lightly profiled sandwich panels are not adequate. Therefore an extensive research program was undertaken to investigate the local buckling behaviour of fully profiled sandwich panels and the mixed mode buckling behaviour of lightly profiled sandwich panels. The first phase of this research was based on a series of laboratory experiments and numerical analyses of 50 foam-supported steel plate elements to study the local buckling behaviour of fully profiled sandwich panels made of thin steel faces and polystyrene foam core covering a wide range of b/t ratios. The current European design standard recommends the use of a modified effective width approach to include the local buckling effects in design. However, the experimental and numerical results revealed that this design method can predict reasonable strength for sandwich panels with low b/t ratios (< 100), but it predicts unconservative strengths for panels with slender plates (high b/t ratios). The use of sandwich panels with high b/t ratios is very common in practical design due to the increasing use of thinner and high strength steel plates. Therefore an improved design rule was developed based on the numerical results that can be used for fully profiled sandwich panels with any practical b/t ratio up to 600. The new improved design rule was validated using six full-scale experiments of profiled sandwich panels and hence can be used to develop safe and economical design solutions. The second phase of this research was based on a series of laboratory experiments and numerical analyses on lightly profiled sandwich panels to study the mixed mode buckling behaviour due to the interaction of local buckling and flexural wrinkling. The current wrinkling formula, which is a simple modification of the methods utilized for flat panels, does not consider the possible interaction between these two buckling modes. As the rib depth and width of flat plates between the ribs increase, flat plate buckling can occur leading to the failure of the entire panel due to the interaction between local buckling and wrinkling modes. Experimental and numerical results from this research confirmed that the current wrinkling formula for lightly profiled sandwich panels based on the elastic half-space method is inadequate in its present form. Hence an improved equation was developed based on validated finite element analysis results to take into account the interaction of the two buckling modes. This new interactive buckling formula can be used to determine the true value of interactive buckling stress for safe and economical design of lightly profiled sandwich panels. This thesis presents the details of experimental investigations and finite element analyses conducted to study the local buckling behaviour of fully profiled sandwich panels and the mixed mode buckling behaviour of lightly profiled sandwich panels. It includes development and validation of suitable numerical and experimental models, and the results. Current design rules are reviewed and new improved design rules are developed based on the results from this research.

Le présent travail est une étude expérimentale sur l’interaction entre flamme et turbulence. L’effet de la pression sur le plissement de flammes turbulentes prémélangées est caractérisé à l’aide de diagnostics laser et fil chaud. Dans un premier temps, la caractérisation de la turbulence générée par un système multi-échelles a été réalisée. Il a été démontré que ce dispositif amplifie le taux de turbulence de 40% par rapport à un dispositif mono-grille de maille équivalente. De même, les petites échelles de turbulence sont trouvées expérimentalement plus petites et plus énergétiques pour le système multi-grilles. A partir de ces résultats, l’étude des interactions entre flamme prémélangée et turbulence a été effectuée. En utilisant le diagnostic par tomographie laser, le front de flamme de plusieurs prémélanges a été étudié. En modifiant les conditions de mélange, l’effet des paramètres comme le nombre de Lewis, les conditions de turbulence ou les petites échelles ont pu être observés. Le faible impact des instabilités thermodiffusives sur la courbure du front de flamme et sur la dynamique de la flamme a été démontré. En revanche, l’effet des conditions de turbulence a été démontré comme important sur les caractéristiques du front de flamme. De plus, les résultats obtenus ont montré l’impact majeur de l’échelle de Taylor sur le plissement du front de flamme pour les conditions expérimentales de la présente étude. / The present work is an experimental study on the interactions between flame and turbulence. The pressure effect on the flame front wrinkling is characterised using laser diagnostics and hot wire anemometry. To begin with, the turbulence generated by a multi-grid system is characterised. It is shown that the present system produces a higher turbulence rate by 40% than for an equivalent mesh single-grid system. Moreover, the small turbulence scales sizes are experimentally found smaller with the multi-grid system. From those results, the interactions between premixed flames and turbulence were studied. By using the laser tomography diagnostic, the flame front of several gases premixes was observed. By changing the mixing conditions, the effect of parameters such as the Lewis number, the turbulence conditions and the small scale was observed. The low impact of the thermodiffusives instabilities in our conditions was demonstrated. However, the important effect of the turbulence conditions on the flame front characteristics was observed. Moreover, the present results showed the major impact of the Taylor micro scale on the flame front wrinkling for these study experimental conditions.

L’objectif principal de cette thèse est de modéliser en flambement des poutres pressurisées en tissu souple homogène orthotrope (THO) composite. La première partie détaille les études expérimentales qui ont été menées sur des poutres gonflables à certain niveaux de pression afin de caractériser les propriétés mécaniques du matériau et le comportement en flambement de la structure. Dans une deuxième partie, une approche analytique a été envisagée afin d’étudier le flambement ainsi que le comportement d’une poutre gonflable orthotrope. Un modèle 3D gonflables poutre orthotrope basé sur la cinématique de Timoshenko a été présenté brièvement. La charge critique a été étudiée pour différents cas de charge avec différentes conditions aux limites. Les résultats ont été confrontés aux résultats théoriques disponibles. Pour vérifier la limite de validité des résultats, la charge d’apparition des plis a également fait l’objet d’une étude pour chacun des cas. La dernière partie est consacrée à une étude linéaire et à une analyse non-linéaire du flambement de la poutre gonflable en THO composite. Le modèle éléments finis (MEF) établi ici implique un élément poutre de Timoshenko à trois-nœuds avec une continuité de type C0. Un test de convergence du maillage sur la force critique de la poutre a été réalisé par la résolution du problème aux valeurs propres. En outre, un MEF non-linéaire a été développé en utilisant la procédure itérative de quasi-Newton avec incréments de chargement adaptatif permettant le tracé pas à pas de la réponse charge-déflexion de la poutre. Les résultats ont été validés à partir d’un certain niveau de pression par des résultats expérimentaux et numériques / The main goals of this thesis are to modeling and to perform the buckling study of inflatable beams made from homogeneous orthotropic woven fabric (HOWF) composite. Three main scenarios were investigated in this thesis. The first is the experimental studies which were performed on HOWF inflatable beam in various inflation pressures for characterizing the orthotropic mechanical properties and buckling behaviors of the beam. In the second scenario, an analytical approach was considered to study the buckling and the behavior of an inflatable orthotropic beam. A 3D inflatable orthotropic beam model based on the Timoshenko's kinematics was briefly introduced: the nonlinearities (finite rotation, follower forces) were included in this model. The results were compared with theoretical results available in the literature. To check the limit of validity of the results, the wrinkling load was also presented in every case. The last scenario is devoted to the linear eigen and non-linear buckling analysis of inflatable beam made of HOWF. The finite element (FE) model established here involves a three-noded Timoshenko beam element with C0-type continuity for the transverse displacement and quadratic shape functions for the bending rotation and the axial displacement. In the linear buckling analysis, a mesh convergence test on the beam critical load was carried out by solving the linearized eigenvalue problem. In addition, a nonlinear FE model was developed by using the quasi-Newton iteration with adaptive load stepping for tracing load-deflection response of the beam. The results were validated from a certain pressure level by experimental and thin-shell FE results

Le plissement est généralement observé dans les structures minces ayant un comportement de type membrane. Ces structures minces ne supportent pas d'effort de flexion et sont donc sollicitées en traction. Dans cette thèse, nous avons développé une technique de réduction de modèle pour la modélisation du plissement des membranes minces. Cette technique, basée sur les séries de Fourier à double échelle, permet de déduire d'un modèle complet de membrane, un modèle réduit capable de prendre en compte les instabilités globales et locales. Les valeurs critiques de charge et longueur d'onde sont déterminées analytiquement puis numériquement. Des exemples numériques nous ont permis de valider le modèle numérique par rapport au modèle analytique. Les modèles numériques étudiés prennent en compte le modèle complet et le modèle réduit de la membrane. Le modèle complet est simulé dans Abaqus et résolu numériquement à l'aide de la méthode de la longueur d'arc et le modèle réduit est implémenté dans Matlab et résolu numériquement à l'aide de la méthode asymptotique numérique. Nous avons étudié le comportement de la membrane sous sollicitation mécanique, thermique et thermo-mécanique. Les résultats obtenus montrent que le modèle réduit est capable de se substituer au modèle complet dans la détermination des contraintes critiques et longueurs d'onde correspondantes. Le gain en temps de calcul obtenu est important, ceci grâce à la très faible densité de maillage requis par le modèle réduit. Le modèle réduit est très sensible aux conditions aux bords de la membrane et requiert d'avoir une longueur d'onde des plis quasiment constante dans la largeur de la membrane / Wrinkling is an instability phenomenon generally observed in thin structures with membrane's behavior. Those thin structures have no rigidity to flexion and are therefore used in traction. In this thesis, we developed a reduction model's technique for the modeling of wrinkling phenomenon in thin membranes. This technique, based on the double scale Fourier series, allow us to deduce from a full membrane model, a reduced membrane model that is able to take into account the global and local instability of the structure. The critical load and critical wavelength are determined analytically on one side, then numerically on the other side. Numerical exemples are conducted to validate the numerical model towards the analytical one. Numerical models studied take into account both full and reduce membrane models. The full model is simulated in Abaqus and solved numerically using the arc length method and the reduced model is implemented in Matlab and solved numerically using the asymptotic numerical method. We studied the membrane behavior under mechanical, thermal and thermo-mechanical loading. The results obtained show that the full membrane model can be replaced by the reduced one in determining critical loads and corresponding wavelengths. The gain in computation time obtained is important, due to the coarse mesh required by the reduced model. The reduced model is very sensitive to membrane's boundaries conditions and requires to have a quasi constant wavelength along the membrane width

Le plissement dans les films minces sur un substrat plus mou a été largement observé dans la nature. Ces phénomènes ont suscité un intérêt considérable au cours de la dernière décennie. L’évolution en post-flambage d’instabilités morphologiques implique souvent de forts effets de non-linéarité géométrique, de grandes rotations, de grands déplacements, de grandes déformations, une dépendance par rapport au chemin de chargement et de multiples brisures de symétrie. En raison de ces difficultés notoires, la plupart des analyses non-linéaires de flambement ont recouru à des approches numériques parce qu’on ne peut obtenir qu’un nombre limité de solutions exactes de manière analytique. Cette thèse propose un cadre général pour étudier le problème de flambage de systèmes film/substrat de manière numérique : de la modélisation 2D ou 3D, d’un point de vue classique ou multiéchelle. L’objectif principal est d’appliquer des méthodes numériques avancées pour des analyses de bifurcations multiples aux divers modèles de film/substrat, en particulier en se concentrant sur l’évolution en post-flambement et la transition du mode à la surface. Les modèles intègrent la Méthode Asymptotique Numérique (MAN) comme une technique robuste de pilotage et des indicateurs de bifurcation qui sont bien adaptés à la MAN pour détecter une séquence de bifurcations multiples ainsi que les modes d’instabilité associés sur leur chemin d’évolution de post-flambement. La MAN donne un accès interactif aux branches d’équilibre semi-analytique, qui offre un avantage considérable en termes de la fiabilité par rapport aux algorithmes itératifs classiques. En outre, une stratégie originale de couplage non-local est développée pour coupler les modèles classiques et les modèles multi-échelles concurremment, où les forces de chaque modèle sont pleinement exploitées, et leurs lacunes surmontées. Une discussion sur la transition entre les différentes échelles est fournie d’une manière générale, qui peut également être considéré comme un guide pour les techniques de couplage impliquant d’autres modèles réduits. A la fin, un cadre général de modélisation macroscopique est développé et deux modèles spécifiques de type Fourier sont dérivés de modèles classiques bien établis, qui permettent de prédire la formation des modes d’instabilités avec beaucoup moins d’éléments et donc de réduire le coût de calcul de manière significative / Surface wrinkles of stiff thin layers attached on soft materials have been widely observed in nature and these phenomena have raised considerable interests over the last decade. The post-buckling evolution of surface morphological instability often involves strong effects of geometrical nonlinearity, large rotation, large displacement, large deformation, loading path dependence and multiple symmetry-breakings. Due to its notorious difficulty, most nonlinear buckling analyses have resorted to numerical approaches since only a limited number of exact analytical solutions can be obtained. This thesis proposes a whole framework to study the film/substrate buckling problem in a numerical way: from 2D to 3D modeling, from classical to multi-scale perspective. The main aim is to apply advanced numerical methods for multiple-bifurcation analyses to various film/substrate models, especially focusing on post-buckling evolution and surface mode transition. The models incorporate Asymptotic Numerical Method (ANM) as a robust path-following technique and bifurcation indicators well adapted to the ANM to detect a sequence of multiple bifurcations and the associated instability modes on their post-buckling evolution path. The ANM gives interactive access to semi-analytical equilibrium branches, which offers considerable advantage of reliability compared with classical iterative algorithms. Besides, an original nonlocal coupling strategy is developed to bridge classical models and multi-scale models concurrently, where the strengths of each model are fully exploited while their shortcomings are accordingly overcome. Discussion on the transition between different scales is provided in a general way, which can also be seen as a guide for coupling techniques involving other reduced-order models. Lastly, a general macroscopic modeling framework is developed and two specific Fourier-related models are derived from the well-established classical models, which can predict the pattern formation with much fewer elements so as to significantly reduce the computational cost

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L'objectif principal visé par cette thèse est de modéliser les poutres gonflables en textiles techniques orthotropes. Les approches statiques font l'objet de ce rapport. Avant d'aborder ce problème, nous avons été amenés à identifier tous les paramètres qui ont un effet direct sur les propriétés mécaniques effectives de ces composites. Ainsi, nous avons développé un modèle micro mécanique de prédiction de ces propriétés mécaniques. Le modèle proposé est basé sur l’analyse d'un volume élémentaire représentatif (VER) prenant en compte non seulement les propriétés mécaniques et la. fraction de volume de chaque phase dans le VER mais également leur géométrie et leur architecture. Chaque fil dans le VER a été modélisé comme un matériau isotrope transverse (contenant les fibres et la résine). La méthode dite d’assemblage de cylindres a été utilisée pour l’homogénéisation au niveau des fils. Une deuxième homogénéisation est ensuite réalisée. Elle prend en compte la fraction de volume de chaque constituant (fils de chaîne, fils de trame et résine non prise en compte dans les fils). Le modèle a été validé par des résultats expérimentaux existant dans la littérature. Une élude paramétrique a été menée afin d'étudier les effets des divers paramètres géométriques et mécaniques sur ces propriétés mécaniques. Dans l'analyse structurale, un modèle poutre gonflable 3D de Timoshenko en tissu orthotrope a été proposé. Il prend en compte les non-linéarités géométriques et l'effet de la force suiveuse générée par la pression de gonflage. Les équations d'équilibre non-linéaires dérivent du principe des travaux virtuels en configuration lagrangienne totale. Dans une première approche, une linéarisation a été faite autour de la configuration de référence précontrainte pour obtenir les équations adaptées aux problèmes linéaires. A titre d'exemple, le problème de flexion plane a été abordé. Quatre cas de conditions aux limites ont été traités et les résultats obtenus améliorent les modèles existants dans le cas de tissu isotrope. Les charges de plissage ont été également proposées dans chaque cas traité. Dans une deuxième approche, les équations non-linéaires ont été discrétisées par la méthode des éléments finis. Deux types de solutions ont été alors proposées : les solutions aux problèmes éléments finis linéaires obtenues par une linéarisation des équations discrétisées autour de la configuration de référence précontrainte et les solutions aux problèmes éléments finis non-linéaires réalisées en adoptant une méthode Quasi-Newton sous sa forme incrémentale. A titre d’exemple, la flexion d’une poutre encastrée-libre a été étudiée et les résultats améliorent les modèles théoriques. Le modèle éléments finis non-linéaire a été comparé favorablement à un modèle éléments finis coque mince 3D. Une étude paramétrique a été ensuite effectuée. Elle a porté sur l'influence des propriétés mécaniques et sur de la pression de gonflage sur la réponse de la poutre. Les solutions éléments finis linéaires se sont avérées proches des résultats théoriques linéarisés d'une part et les résultats du modèle éléments finis non-linéaire se sont avérés proches des résultats du modèle linéaire dans le cas des propriétés mécaniques élevées alors que le modèle éléments finis non-linéaire est indispensable pour modéliser ces poutres lorsque les propriétés mécaniques du tissu sont faibles / The main objective of this thesis was to model inflatable beams made frorn orthotropic woven fabric composites. The static aspects were investigated in this report. Before planning to develop these models, it was necessary to know all the parameters which have a direct effect on the effective mechanical properties these composites. Thus, a micro­ mechanical model was performed for predicting the effective mechanical properties. The proposed model was based on the analysis of the representative volume element (RVE). The model took into account not only the mechanical properties and volume fraction of each components in the RVE but also their geometry and architecture. Each yarn in the RVE was modelled as a transversely isotropic material (containing fibres and resin) using the concentric cylinders model (CCIVI). A second volumetric averaging which took into account the volume fraction of each constituent (warp yarn, weft yarn and resin), was performed. The model was validated favorably against experimental available data. A parametric study was conducted in order to investigate the effects of various geometrical and mechanical parameters on the elastic properties of these composites. ln the structural analysis, a 3D Timoshenko airbeam with a homogeneous orthotropic woven fabric (OWF) was addressed. The model took into account the geometrical nonlinearities and the inflation pressure follower force effect. The analytical equilibrium equations were performed using the total Lagrangian form of the virtual work principle. As these equations were nonlinear, in a first approach, a linearization was performed at the prestressed reference configuration to obtain the equations devoted to linearized problems. As example, the bending problem was investigated. Four cases of boundary conditions were treated and the deflections and rotations results improved the existing models in the case of isotropic fabric. The wrinkling load in every case was also proposed. In a second approach, the nonlinear equilibrium equations of the 3DTimoshenko airbeam were discretized by the finite element method. Two finite element solutions were then investigated : finite element solutions for linearized problems which were obtained by the means of the linearization around the prestressed reference configuration of the nonlinear equations and nonlinear finite element solutions which were performed by the use of an optimization algorithm based on the Qua.si-Newton method. As an example, the bending problem of a cantilever inflated beam under concentrated load was considered and the deflection results improve the theoretical models. As these beams are made from fabric, the beam models were validated through their comparison with a 3D thin-shell finite element model. The influence of the material effective properties and the inflation pressure on the beam response was also investigated through a parametric study. The finite element solutions for linearized problems were found to be close to the theoretical linearized results. On the other hand, the results for the nonlinear finite element model were shown to be close to the results for the linearized finite element model in the case of high mechanical properties and the non linear finite element model was used to improve the linearized model when the mechanical properties of the fabric are low

Tactile perception is considered an important contributor to the overall consumer experience of a product. However, what physical properties that create the specifics of tactile perception, are still not completely understood. This thesis has researched how many dimensions that are required to differentiate the surfaces perceptually, and then tried to explain these dimensions in terms of physical properties, by interconnecting human perception measurements with various physical measurements. The tactile perception was assessed by multidimensional scaling or magnitude estimation, in which methods human participants assign numbers to how similar pairs of surfaces are perceived or to the relative quantity of a specified perceptual attribute, such as softness, smoothness, coarseness and coolness. The role of friction and surface texture in tactile perception was investigated in particular detail, because typically tactile exploration involves moving (at least) one finger over a textured surface. A tactile approach for measuring friction was developed by means of moving a finger over the surfaces, mounted on a force sensor. The contribution of finger friction to tactile perception was investigated for surfaces of printing papers and tissue papers, as well as for model surfaces with controlled topography. The overarching research goal of this thesis was to study, systematically, the role of texture in tactile perception of surfaces. The model surfaces displayed a sinusoidal texture with a characteristic wavelength and amplitude, fabricated by surface wrinkling and replica molding techniques. A library of surfaces was manufactured, ranging in wavelengths from 270 nm up to 100 µm and in amplitudes from 7 nm up to 6 µm. These surfaces were rigid and cleanable and could therefore be reused among the participants. To my knowledge, this is the first time in a psychophysical experiment, that the surface texture has been controlled over several orders of magnitude in length scale, without simultaneously changing other material properties of the stimuli. The finger friction coefficient was found to decrease with increasing aspect ratio (amplitude/wavelength) of the model surfaces and also with increasing average surface roughness of the printing papers. Analytical modeling of the finger’s interaction with the model surfaces shows how the friction coefficient increases with the real contact area, and that the friction mechanism is the same on both the nanoscale and microscale. The same interaction mechanism also explains the friction characteristics of tissue paper. Furthermore, it was found that the perceptions of smoothness, coarseness, coolness and dryness are satisfactorily related to the real contact area at the finger-surface interface.  It is shown that it is possible to discern perceptually among both printing papers and tissue papers, and this differentiation is based on either two or three underlying dimensions. Rough/smooth and thin/thick were the two main dimensions of surface feel found for the printing papers, whereas friction and wavelength were strongly related to the perceptual cues employed in scaling the model surfaces. These experimental results support the duplex theory of texture perception, which holds that both a “spatial sense”; used to discriminate the roughest textures from the others, and a “vibration sense”; used to discriminate among the smoother textures, are involved. The perception of what is considered rough and smooth depends on the experimental stimulus context. It is concluded that friction is important for human differentiation of surface textures below about 10 µm in surface roughness, and for larger surface textures, friction is less important or can even be neglected. The finger friction experiments also allowed the following conclusions to be drawn: (i) The interindividual variation in friction coefficients is too large to allow direct comparison; however, the trends in relative friction coefficients for a group of participants are the same. (ii) Lipids are transferred to the test surface of study, and this lowers the friction. (iii) Many of the studies point to a characteristic frequency during sliding of about 30 Hz, which is both characteristic of the resonance frequency of skin and the expected frequency associated with the fingerprints. (iv) The applied load in surface interrogation is in fact regulated in response to the friction force. The limits in tactile perception were indirectly researched by similarity scaling experiments on the model surfaces. Wrinkle wavelengths of 760 nm and 870 nm could be discriminated from untextured reference surfaces, whereas 270 nm could not. The amplitude of the wrinkles so discriminated was approximately 10 nm, suggesting that nanotechnology may well have a role to play in haptics and tactile perception. / Taktil perception bidrar starkt till den sammantagna upplevelsen av en produkt, men hur materials olika ytegenskaper påverkar och styr perceptionen är ännu inte helt klart. Den här avhandlingen undersöker hur många och vilka egenskaper som är viktiga när känslan mellan två ytor jämförs. Tillvägagångssättet är tvärvetenskapligt där fysikaliska mätningar kopplas ihop med perceptions mätningar där människor används som instrument. Två typer av perceptionsförsök har utförts, multidimensionell skalning där försökspersoner sätter siffror på hur lika två ytor känns, samt magnitud estimation där i stället intensiteten på specifika perceptuella storheter som t.ex. upplevt lenhet, upplevd mjukhet och upplevd strävhet bedömdes. Eftersom taktil perception innebär kontakt samt relativ rörelse mellan hud och ytor, har fokus i avhandlingen varit att undersöka hur friktion och ytans struktur (ytråhet) påverkar och bidrar till den taktila perceptionen. Förutom fysikaliska mätningar på friktion och ytstruktur har värmekonduktivitet, mjukhet samt olika standard mätningar inom pappersindustrin mätts. En metod för att mäta friktion mellan ett finger och olika ytor har utvecklats för att i möjligaste mån återspegla friktionskomponenten i upplevt taktil perception. Friktionskoefficienter beräknades och jämfördes mellan alla ytor. De stimuli som har studerats är tryckpapper och mjukpapper samt modellytor, gjorda för att systematiskt undersöka hur ytstruktur påverkar perceptionen. Tillverkningsmetoden för modellytorna valdes så att ytorna var tåliga och kunde tvättas och därmed återanvändas. Strukturen på ytorna bestod av ett vågformat mönster där våglängden varierade mellan 270 nm och 100 µm och amplituden mellan 7 nm och 6 µm. Enligt vår vetskap är det första gången som strukturer i de här skalorna har gjorts utan att samtidigt ändra andra material egenskaper. Friktionskoefficienten minskade med ökad kvot mellan amplituden och våglängden på modellytorna samt med ytråheten på tryckpappren. En analytisk modell tillämpades på kontakten mellan ett finger och ytorna som visade att friktionskoefficienten beror av den verkliga kontaktarean. För de mycket grövre mjukpappren uppmättes inga stora skillnader i friktion förmodligen för att kontakarean mellan de olika mjukpapprena var lika. Den faktiska kontakarean visade sig också vara viktig för perceptionen av lenhet, strävhet, torrhet och svalhet. Det visade sig vara en stor perceptuell skillnad mellan olika typer av tryckpapper och mjukpapper utifrån hur stimuli placerade sig på en taktil karta. För de tre materialen användes enbart två alternativt tre egenskaper hos materialet för att särskilja mellan alla olika par. För tryckpapper verkade en viktig dimension kunna beskrivas av alla de perceptuella och fysikaliska egenskaper som har med kontaktarean att göra, d.v.s. lenhet, svalhet, torrhet, ytråhet, värmekonduktivitet samt friktion. För att taktilt särskilja mellan olika ytor där bara strukturen är varierade, kunde friktion och våglängden relateras till spridningen i kartan. Båda studierna stödjer duplex theory of texture perception, där ett spatialt sinne används för att särskilja en av de grövre ytorna från en slät, och ett vibrationssinne för att särskilja mellan olika släta strukturer. Friktionen visade sig alltså vara en viktig fysikalisk egenskap för strukturer under åtminstone 10 µm i ytråhet. Från fingerfriktions mätningar kunde även följande slutsatser dras: (i) Stora skillnader i friktionskoefficient mellan olika personer uppmättes, men trenderna mellan olika individer var samma, vilket gör att relativa skillnader i friktion från en individ är representativa. (ii) Lipider (fingerfett) som överförs från fingret till ytan vid kontakt sänker friktionen. (iii) Frekvensinnehållet i friktionskraften varierar mellan olika ytor och den frekvenstopp som ses vid 30 Hz kan möjligtvis bero på fingrets struktur eller resonansfrekvensen på huden. (iv) Den pålagda kraften under en friktionsmätning visar sig omedvetet regleras av den friktionskraft som fingret möter under rörelse.  Hur små strukturer som kan diskrimineras har indirekt undersökts genom likhetsförsöket på modellytorna där försökspersoner skulle bedöma hur lika alla par av ytor kändes. Resultaten visade att ytorna med våglängder på 760 nm och 870 nm upplevdes olika jämfört med referens ytor utan något systematiskt mönster, medan ytan med 270 nm i våglängd inte kunde särskiljas. Amplituden på ytan som kunde diskrimineras var endast ca 10 nm, vilket indikerar att nanoteknologi mycket väl kan bidra inom haptiken och för att i framtiden kontrollera den taktila perceptionen. / <p>QC 20121026</p>