Biomimetic underwater vehicles have recently become a focus of academic research. They offer possibly better maneuverability and higher efficency than conventional thrusters and the potential for amphibious capability. The focus of this thesis is the modeling and control of biomimetic underwater vehicles, and the specific platform used for experimentation is the Aqua underwater vehicle. The study begins with the development of a dynamics model for the Aqua underwater vehicle. An existing model was updated to account for the exibility of the oscillating paddles. The model was validated experimentally and linearized to enable the design of more advanced controllers. Based on the paddle model, we also develop a reverse model/mapping that determines the paddle motion needed to produce a desired thrust. We design four classes of trajectory tracking controllers: PID, model-based controllers, adaptive controller and Floquet controller. The controllers were first tested in the dynamics simulation to tune the control gains and assess their performance. We found that the adaptive and Floquet controllers were superior to the other two. The adaptive controller was more accurate to track a changing trajectory while the Floquet was better in set point tracking. The controllers were then tested experimentally on the actual Aqua vehicle. The simulation results were partially corroborated but the controllers were not as accurate. The adaptive controller gave better performance in pitch while the Floquet controller was more accurate in roll. An optimization of a U-turn was performed to improve the performance of the vehicle in coral reef inspection. Three design variables were chosen for the optimization: the turn radius, the speed and the bank angle. The turn radius and speed had the most impact on the performance while the bank angle had little effect. / Les vehicules sous-marins biomimetiques sont recemment devenus un domaine de recherche populaire dans les milieux academiques. Ils offrent entres autres la possibilite d'une meilleure maneuvrabilite, une plus grande efficacite et des capacites amphibies. Cette these se concentre sur la modelisation et les commandes de vehicules sous-marins biomimetiques. Le vehicule sous-marin Aqua est utilise comme plateforme d'experimentation. Nos recherches ont commence par le developpement d'un modele dynamique pour le vehicule sous-marin Aqua. Le modele fut valide experimentalement puis linearise afin de permettre la conception de commandes avancees. Un second modele, dit inverse, permettant de determiner le mouvement d'une nageoire en fonction de la poussee desiree fut par la suite developpe. Nous avons concu quatre classes de commandes: PID, commandes predictives, commandes adaptatives et Floquet. Ces commandes furent d'abord testees a l'aide d'une simulation informatique afin d'ajuster les gains et d'evaluer la performance des commandes. Nous avons decouvert que les commandes adaptives et Floquet etaient superieures aux deux autres. Les commandes adaptatives etaient plus precises lorsque la trajectoire a suivre variait alors que les commandes de Floquet etaient plus performantes pour suivre un point xe. Les commandes furent par la suite testees au cours d'une sceance experimentale en utilisant le vehicule sous-marin Aqua. Les resultats v experimentaux corroborerent partiellement ceux de la simulation, mais les commandes n'etaient pas aussi precises. Les commandes adaptatives donnerent une performance superieure en tanguage alors que les commandes de Floquet furent superieures en roulis. Une optimisation d'un U-turn fut effectuee afin d'ameliorer la performance du vehicule lors des inspections de recifs de coraux. Trois parametres d'optimisation ont ete selectionnes: le rayon du tournant, la vitesse et l'angle d'inclinaison. Le rayon du tournant et la vitesse semblaient le

In interrupted dry cutting, both sharp tools and blunt tools have short lives. The tool life decides the cost, tool changing frequency, and machining precision. Finding the proper edge radius, which leads to longer tool life, is an effective way to improve machining efficiency and quality. In this thesis, the tool-wear behavior of PVD coated High-Speed-Steel cutting tools with different cutting-edge radii have been experimentally investigated. By conducting fly hobbing tests, the optimum cutting-edge radius and edge-preparation process for coated HSS cutters have been concluded. Furthermore, the influence of cutting-edge radius on the performance of PVD-coated carbide inserts has also been investigated experimentally and numerically. The simulation results from DEFORM 3-D agree well with the experiment results from orthogonal cutting. Finally, some simulation results such as strain, strain rate and stress have been analyzed. The experimental and numerical investigations have provided guidelines and evidence for future study of the tool-wear behavior of PVD-coated carbide cutters in gear hobbing.

The focus of this study is the dynamic behaviour of a novel aerial positioning system, which consists of a lighter-than-air aerostat attached to a series of actuated tethers in the form of a tripod. The objective of the positioning system is to achieve accurate station-keeping of a payload at heights up to 500 m. This work encompasses comprehensive dynamics modeling, experimental investigation, and advanced controller development and analysis of the tri-tethered aerostat system. The system's characteristics and positioning objectives are targeted to receiver placement during the operation of a large-scale radio telescope. / The experimental test facility, built at one-third scale of the proposed radio telescope, was constructed for the dual purpose of measuring the precision of the positioning system and providing a basis for validating our computational model. The main components of the experimental apparatus are a 18-m helium aerostat, three synthetic braided tethers---hundreds of meters in length, an instrumented payload, and three computer-controlled winches. The dynamics model of the tri-tethered aerostat system is achieved by discretizing it into a series of lumped-masses, and estimating the aerodynamic properties of each of its physical elements. The disturbance input to the model is provided by a wind model that includes stochastic turbulent gusts. / A series of experimental flight tests were conducted over a two-year period to study both the uncontrolled and controlled response of the system. This leads to an incremental model validation process where the passive elements of the model, such as the tethers and the aerostat are validated prior to the verification of the entire closed-loop system. The tether model shows excellent agreement with the measured response at a temporal level, while the validation of the aerostat model is conducted at a statistical level due to the uncertainty associated with recreating the actual test wind conditions. / The controlled experiments were performed using basic proportional, integral, and derivative (PID) feedback gains applied to the position error of the payload. The closedloop system effectively reduces the standard deviation of the payload deflections to less than 10 cm over the range of operating conditions tested. A comparison of the predicted closed-loop behaviour of the dynamics shows favourable agreement to the experimental results, indicating that the tether actuation system is modeled appropriately. / To improve on the PID controller tested in the field, various optimal control strategies are investigated that exploit the availability of our validated dynamics model. The optimal controllers, which are designed and simulated using linear time invariant versions of the dynamics model, result in approximately double the precision of the PID controller. The control system is improved further by incorporating a feedforward control input based on measurements of the primary disturbance force acting on the system. In general the advanced control techniques, tested in simulation, offer encouraging results that suggest the positioning system should exceed the requirements of the radio telescope application.

A slope limiting algorithm for second-order Monotone Upstream-centered Schemes for Conservation Laws (MUSCL) is introduced in order to reduce the dissipation of vortices in flow simulations. The algorithm is based on the reconstruction of velocity components along the principle axes of the vortex and the augmentation of the central gradients' weight for the interpolation of velocity components on the swirl plane of the vortex. The performance of the scheme in different vortical flow problems is investigated. The proposed limiting algorithm has been able to considerably reduce the dissipation of vortices provided that the spatial and temporal discretization of the problem have been fine enough to resolve the length and time scales of the corresponding vortical motion. In particular, the scheme has significantly outperformed the conventional van Albada limiter to resolve the the second peak in the lift coefficient spectra in the case of a NACA0021 airfoil at post a stall condition. The eddy preserving scheme results in, on average, a two fold faster convergence rate as compared to the baseline DES scheme. / On propose une nouvelle stratégie pour limiter les pentes des schémas du second ordre type MUSCL afin de réduire la dissipation des tourbillons pour des cas tests comportant des couches limites. L'algorithme est basé sur la reconstruction des composantes du vecteur vitesse le long des axes principaux du tourbillon et l'accroissement du gradient central des composantes de la vitesse sur le plan du tourbillon. Le schéma a bien performé dans différents problèmes d'écoulement tourbillonnaire. L'algorithme proposé a pu réduire considérablement la dissipation des tourbillons lorsque les discrétisations spaciale et temporelle sont suffisament fines pour résoudre les échelles de temps et d'espace du mouvement tourbillonnaire. En particulier le schéma est nettement moins precis en utilisant le limiteur de pentes Van Albada pour résoudre le deuxième pic du spectre du coefficient de la portance dans le cas de la simulation d'écoulement autour du profil NACA0021 avec décrochage. Les résultats du schéma préservant les tourbillons sont en moyenne deux fois plus rapides par rapport au schéma de référence DES.

Automated Tow Placement (ATP) is an increasingly desirable manufacturing technique for composite materials for aerospace applications. Historically, thermoset composites have been the desired material for ATP. However, high performance thermoplastics have proven they can perform as well as the thermoset matrix. The three main goals to further the research on thermoplastics used in ATP are the following. First, to model the crystallinity level of a thermoplastic composite material with Differential Scanning Calorimetry (DSC) experiments on thermoplastic films. Second, to provide a thermal analysis through the thickness of the material profile and determine cooling rates that occur in carbon fiber-thermoplastic matrix laminates during processing. Last, to measure by DSC method the post processing crystallinity levels through the thickness of a laminate manufactured in ATP. A set of DSC experiments using isothermal and dynamic cooling measured the crystallinity levels in thermoplastic films. Each experiment was compared with models from literature. After comparing three different models, none fit well to the experimental data. In order to fit properly, the constants in the literature models had to be refit to the data collected by method of least squares; however, the models fit well for the slower cooling rates only. Experiments on ATP to measure the temperatures and calculate the cooling rates through the part thickness showed that the cooling rate is affected by the material that the composite tow is laid onto. The same manufactured parts that had thermocouples implanted were also used to test the crystallinity levels through three sections of the part thickness. There was not much difference in crystallinity level through the thickness since the material used is a high crystalline material. Generally, the material properties are related to the crystallinity level found in the thermoplastic matrix. Since it does not require the secondary post cure step as thermoset composites require, the ATP manufacturing process for thermoplastic composites is an in-situ method. This thesis seeks to provide more clarity in modeling crystallinity levels and the ATP manufacturing process for thermoplastic composites. / L'attrait envers la fabrication de pièces en matériaux composites par des méthodes de placement de fibre automatisés (ATP) est actuellement en pleine croissance dans les milieux aéronautiques. Traditionnellement, ce sont les matrices thermodurcissables qui ont dominées les applications d'ATP. Par contre, les matrices thermoplastiques de haute performance ont prouvés qu'elles pouvaient être comparables aux thermodurcissables. Les trois objectifs principaux de la présente recherche se décrivent comme suit : Tout d'abord, modéliser le taux de cristallinité d'une pièce en matériaux composites à l'aide d'expérimentations de calorimétrie à balayage différentiel (DSC) sur des films thermoplastiques. Ensuite, déterminer les taux de refroidissement lors de la fabrication d'un laminé de fibre de carbone-thermoplastique afin d'analyser le profile thermique d'une pièce à travers son épaisseur. Finalement, mesurer, à l'aide de la méthode DSC, les taux réels de cristallinité à travers l'épaisseur d'un laminé fabriqué par procédé ATP. Le taux de cristallinité de films thermoplastiques ayant subies des phases de refroidissement dynamique et isotherme a été mesuré à l'aide d'une série de tests en DSC. Les résultats de chaque échantillon ont été comparés à des modèles provenant de la littérature. La comparaison a révélée qu'aucun des différents modèles ne correspondait bien aux données recueillies de façon expérimentale. Afin d'obtenir une correspondance adéquate, des méthodes de moindres carrés ont dû être utilisées sur les données expérimentales afin de recalculer les constantes proposées par les modèles. Par contre, seuls les résultats pour les taux de refroidissement les plus lents ont démontrés une bonne corrélation avec les modèles. Des expérimentations servant à mesurer les températures et à calculer les taux de refroidissement à traves l'épaisseur de pièces fabriquées par procédés ATP ont démontré que le taux de refroidissement est dépendent de la nature du matériau sur lequel les fibres sont déposées. Les mêmes pièces, dans lesquelles des thermocouples avaient été introduits lors de la fabrication, ont également été utilisées afin de mesurer les taux de cristallinité de trois sections localisées à travers l'épaisseur de ces dernières. Les différents taux de cristallinité obtenus se sont avérés être très similaires, ce qui pourrait s'explique par le fait que, à la base, le matériau utilisé est un matériau très cristallin. De façon générale, les propriétés des matériaux composites à matrice thermoplastiques sont reliées au taux de cristallinité de ces dernières. Les procédés de fabrication par ATP de composites à base de thermoplastiques sont considérés comme des méthodes in-situ puisque, à l'encontre de leurs équivalents thermodurcissables, ils ne requièrent aucun traitement particulier, tel que la cuisson, après avoir terminé la déposition des différentes couches du laminé. Le présent mémoire a pour but d'apporter plus de précisions quant à la modélisation des taux de cristallinité ainsi qu'aux procédés de fabrication par ATP de composites à matrices thermoplastiques.

The present study is an experimental and computational investigation of shock wave propagation in multiphase suspensions. Particle suspensions are used as a means of obtaining a system in which there is limited initial inter-particle contacts with a large degree of parametric variability. The suspensions were prepared in ethylene glycol at several volume fractions (41%, 48%, and 54%) of silicon carbide particles, mixtures that have been shown to be shear thickening in rheological studies. The dynamic response of the shear thickening fluids is investigated in ranges of deformation relevant to ballistic impacts.A series of plate impact experiments were conducted to obtain the shock Hugoniots of the various suspensions at particle velocities in the range of 200-900 m/s. The experimental results show a transition in the wave propagation behaviour from a regime of propagation dominated by the compressibility of the liquid phase of the suspension to a regime where the response of the mixture becomes dominated by inter-particle contact networks. The transition in the shock Hugoniots of the suspensions indicates a shock-induced stiffening of the suspensions. In situ longitudinal and lateral stress measurements are made in the intermediate volume fraction suspension at two different impact velocities demonstrating a deviatoric stress component to the stress state within the suspension.Analytical and numerical models are employed to demonstrate the likely cause of the transition in the behaviour of the suspensions, resulting from the variation in the solid phase volume fraction of the suspension with increasing shock wave strengths. The results are discussed in terms of the development of extensive inter-particle contacts in a compression-induced mechanism analogous to classical shear thickening in dense suspensions. / Cette etude est une etude experimentale et numerique de la propagation des ondes de choc dans les suspensions polyphasiques. Des suspensions de particules sont utilisees comme un moyen d'obtenir un systeme dans lequel le contact initial entre les particules est limite et il y a un grand degre de variabilite parametrique. Les suspensions ont ete preparees dans l'ethylene glycol `a plusieurs fractions de volume (41%, 48% et 54%) de particules de carbure de silicium, des m´elanges qui se sont reveles etre rheoepaississantes dans les etudes rheologiques. La reponse dynamique des fluides rheoepaississents est etudiee dans une gamme des deformations pertinentes aux impacts balistiques.Une serie d'experiments d'impact de plaque ont ete menees pour obtenir les Hugoniots des chocs des differentes suspensions de particules a des vitesses dans l'ordre de 200-900 m/s. Les resultats experimentaux montrent une transition dans le comportement de propagation des ondes d'un regime de propagation domine par la compressibilite de la phase liquide de la suspension a un regime ou la reponse du melange devient dominee par les reseaux de contacts inter-particules. La transition dans le Hugoniots des choc des suspensions indique un choc induit par le raidissement de la suspension. Des mesures des contraintes longitudinales et laterales in situ sont en suspension dans la fraction volumique intermediaires a deux vitesses d'impact differentes demontrant une composante contrainte deviatorique a l'etat de stress au sein de la suspension.Des modeles analytiques et numeriques sont utilises pour demontrer la cause probable de la transition dans le comportement des suspensions, resultant de la variation de la fraction volumique de phase solide de la suspension avec des ondes de choc croissantes. Les resultats sont discutes en termes de developpement de contacts entre les particules etendu dans un mecanisme de compression induites par cisaillement classique analogue a un epaississement de suspensions denses.

Heterogeneous flames are modeled in a simplified system where the fuel particles are discrete heat sources embedded in an inert, heat conducting medium. Two asymptotic regimes of flame propagation are found and exhibit differences in both the propagation limits and the front speeds. When the flame thickness is much larger than the characteristic particle spacing, the media containing the sources can be approximated as homogeneous in the reaction zone. In this case, the propagation of the front is defined as being in the continuum regime. In contrast, when the front thickness is on the same scale as that of the heterogeneities, the front propagates in the discrete regime and a solution based on a continuum is no longer valid. Discrete effects arise from the localization of the reaction around the sources. The first contribution of this thesis investigates the effects of discreteness using numerical simulations. These effects result in a limit in the absence of heat losses, a strong dependence of the front speed on the dimensionality of the system and a weak dependence of the front speed on the reaction time of sources. In a system of regularly spaced particles, the limit can be found analytically in one-, two-, and three-dimensional systems and the front exhibits complex dynamics of bifurcations near this limit. Propagation beyond this limit is only possible through concentration fluctuations in a system with randomly distributed particles. Furthermore, the limit can only be defined as a probabilistic quantity reflecting different possible propagation outcomes depending on the presence, or absence, of propagation paths in discrete random systems. Heterogeneous reaction-diffusion fronts were also studied experimentally in the context of laminar flames propagating in suspensions of iron particulates. Experiments were performed in a reduced-gravity environment on board a parabolic flight aircraft to minimize particle settling and buoyancy-induced convective flows that cause flame disruptions. The experiment consisted of producing a suspension of iron particulates inside a glass tube and initiating a propagating flame at the open-end of the tube. Quenching plate assemblies forming rectangular channels with variable widths were installed inside the tube. Pass and quench events across the channel were used to find the quenching distance. Flame propagation was recorded by a high-speed digital camera and spectral measurements were used to determine the temperature of the condensed-phase emitters in the flame. The objectives of these experiments were threefold. First, experimental measurements of the flame speed and the quenching distance were used to validate a previously developed one-dimensional dust flame model. Second, the particle combustion mode was investigated by varying the transport properties of the gas mixture by changing the balancing gas between helium and argon. It was found that the ratio between the flame speeds measured in helium and argon mixtures for 3 micron-sized particles was smaller compared to the ratios obtained for larger powders. The lower value of the ratio obtained for 3 micron-sized particles was attributed to a combustion controlled by kinetic rates. Flames propagating in mixtures containing particles larger than 7 microns exhibited a larger ratio of the flame speeds in helium and argon, which was associated to the diffusion mode of particle combustion. Lastly, evidence of a transition from a continuum to a discrete propagation regime was observed in experiments by changing the inert component of the gas mixtures from helium to xenon. The flame speeds measured in helium-balanced mixtures exhibited a stronger dependence on the oxygen concentration than flames propagating in xenon mixtures. A stronger dependence of the flame speed on the oxygen concentration is consistent with the continuum regime, whereas a weaker dependence on the oxygen concentration is evidence of the discrete propagation regime. / Dans un système de sources réactives hétérogène, une flamme peut se déplacer dans l'un des deux régimes de propagation. Lorsque l'épaisseur de la flamme est plus grande que la distance entre les sources, le système se comporte tel un qu'espace continue. A l'autre extrême, lorsque la flamme est très fine en comparaison avec l'espacement entre les sources réactives, une flamme hétérogène ne peut plus être d'écrite de manière continue dû à l'importance accrue attribuée aux effets locaux prenant place à l'échelle des sources. Ces effets locaux sont caractérisés par une dépendance importante des paramètres de propagation sur la distribution spatiale des sources. Cette thèse étudie les effets liés au régime de propagation où les interactions locales entre les sources dominent le comportement de la flamme. Les effets associées à la localisation des sources mènent à une limite de propagation en l'absence de perte de chaleur, une dépendance de la vitesse de propagation sur la dimension du système, ainsi qu'une dépendance entre le temps de réaction des sources sur la vitesse de propagation de la flamme. Dans un système dans lequel les sources sont disposées dans un arrangement spatial formant une structure cubique, la limite de propagation est déterminée au moyen d'une solution analytique dans un espace unidimensionnel. Cette limite the propagation est identique dans un espace deux et trois dimensionnel. La propagation de la flamme au-delà de cette limite nécessite une distribution aléatoire des particules. Due au fait que la flamme se propage dans un milieu contenant des sources placées de manière aléatoire, la limite de propagation doit être exprimée sous la forme d'une probabilité. Afin d'étudier les fronts de type réaction-diffusion de manière expérimentale, la propagation de flammes laminaires dans un mélange contenant des particules de fer a été étudiée dans un environnement de gravité réduite obtenu au moyen de vols paraboliques permettant d'éliminer les effets dus à la sédimentation des particules. Des mélanges uniformes de poudres de fer ont été formés à l'intérieur de tubes de verre dans lesquels des flammes laminaires ont été observées se propageant de l'extrémité ouverte vers l'extrémité fermée du tube. Des assemblages de plaques métalliques placées en parallèles ont été installés à l'intérieur de tubes afin de mesurer l'espacement minimale entre deux plaques parallèles permettant la propagation d'une flamme. La vitesse de la flamme a été mesurée à l'aide d'une caméra haute vitesse et des mesures spectrales ont permis de déterminer la température de combustion des particules durant la combustion. Il y a trois objectifs à ces expériences. Premièrement, ces expériences ont permis de valider un modèle théorique unidimensionnel d'une flamme hétérogène. Dans un second temps, le mode de réaction des particules a été déterminée en comparant les vitesses de flamme entre des mélanges compos\'es d'argon et d'hélium. Une diminution marquée du quotient entre les vitesses mesurées dans un mélange contant de l'argon et d'hélium indique que la combustion de fines particules d'un diamètre de 3 microns est limitée par les coefficients de réaction entre le fer et l'oxygène et que la combustion de particules plus grandes est principalement limitée par la diffusion d'oxygène vers la surface des particules. Finalement, ces expériences ont permis de démontrer la différence entre les deux régimes de propagation de la flamme (i.e, local contre continu). Dans un mélange gazeux contenant du xénon, la flamme présente une dépendance réduite sur la concentration d'oxygène, un effet typique d'un régime de propagation principalement locale, limitée par la diffusion de chaleur. Lorsque le xénon est remplacé par de l'hélium, la flamme démontre une dépendance marquée à la concentration d'oxygène, en accord avec la prédiction associée avec le régime continu.

The application of high-order numerical modeling to nonlinear ultrasonic wave propagation in fluids is discussed. This work is motivated by ongoing developments with Wave Phase Conjugating (WPC) transducers, which are able to greatly amplify and re-emit incident acoustic energy back to a source location. As a result of the high amplification factors, conjugate wave magnitudes may exceed linear acoustic thresholds, leading to progressive nonlinear distortion and shock wave formation. In this work, a numerical model is formulated and coded for the simulation of the high amplitude nonlinear wave-fields produced by WPC transducers. At ultrasonic frequencies (> 1 MHz) wavelengths are short relative to propagation distances, making accurate numerical methods a requirement. The implemented numerical scheme uses high-order Weighted Essentially Non-Oscillatory (WENO) techniques. Novel analysis is presented on the WENO schemes' spectral accuracy and on their capability to model progressive wave distortion. Details on the integration of a WPC transducer model into the numerical framework are also provided. This combination of modeling capabilities offers a new advancement in the simulation of WPC transducers and the high amplitude sound fields they produce. Using a simplified one-dimensional representation, the numerical model is applied and preliminary results investigating the influence of nonlinear acoustic response in ultrasonic WPC are presented. / L'application de schémas numériques d'ordre supérieur à la propagation d'ondes ultrasonores non-linéaires dans les fluides sera discutée. Cette recherche est motivée par les développements continus relatifs à de la conjugaison de phase acoustique, procédé qui permet d'amplifier et de renvoyer l'énergie acoustique incidente vers son lieu d'émission. Pour cette raison, les amplitudes des ondes conjuguées peuvent dépasser les seuils de validité de l'acoustique linéaire, conduisant à une distorsion non-linéaire progressive et à la formation d'ondes de choc. Dans ce travail, un modèle numérique a été élaboré et codé pour simuler les champs induits par des ondes non-linéaires issues d'une conjugaison de phase acoustique. A des fréquences ultrasonores (> 1 MHz) les longueurs d'ondes sont courtes devant la distance de propagation, ce qui rend nécessaire l'usage de méthodes numériques précises. La modélisation numérique implémentée dans cette recherche utilise une technique de schémas d'ordre supérieur intitulée: "Weighted Essentially Non-Oscillatory". Les analyses faites sur la précision spectrale des schémas seront confrontées aux résultats des calculs de propagation d' ondes ultrasonores. Les détails de l'intégration du modèle de fluide non-linéaire avec celui d'un transducteur à conjugaison de phase acoustique seront présentés ainsi que les résultats préliminaires sur le comportement de la conjugaison de phase en milieu non linéaire.

Much work has been done to model and understand alcohol oxidation individually. Comparative studies of ignition delay times of alcohols, however, are limited. The thesis presents a comparative study of their ignition delay times. Mixtures of methanol, ethanol, n-propanol and n-butanol and synthetic air are ignited behind reflected shock waves at high temperatures (1070K-1760K). The ignition delay times are measured in a shock tube as equivalence ratio, argon to oxygen ratio (dilution) and pressure are changed to highlight trends and similarities between the fuels. Experimental results have indicated that these fuels have comparable ignition delay times, which may indicate similarities of the oxidation pathways of the alcohols. The results are compared against simulations of chemical kinetic models from the literature. The Marinov model is found to be the most accurate of the models. However, the simulations fail to show the similarity of the delay times at fixed equivalence ratio phi, argon to oxygen ratio (dilution), D and pressure, p. Reaction rate dependency analysis of kinetic models indicate dominance of radical chemistry among the fuels and the presence of H abstraction reactions in methanol as opposed to uni-molecular fuel decompositions of larger alcohols like n-butanol. / Dans cette these, des melanges de methanol, ethanol, n-propanol et n-butanol avec de l'air synthetique sont exploses derriere une onde de choc reflechie a haute temperature (1070K-1760K) ou les temps de retard a l'allumage sont mesures a differents taux d'equivalences, dilutions, pressions et temperatures pour etablir les points de similitaritees et differences entre alcools. Beaucoup d'etudes ont ete fait pour modeliser et comprendre l'oxydation de ces derniersmais les etudes n'ont pas ete realise de maniere comparative. Ainsi, ce travail presente une etude comparative des temps de retard d'allumage des alcools simples (C1 a C4). Les resultats ont indique que ces combustibles ont des temps de retard d'allumage comparables, ce qui indique une similitaritee des voies d'oxydation des differents alcools.Des modeles cinetiques trouves dans la litterature sont compares aux resultats experimentaux. Il se trouve que celui de Marinov (1998) est le plus proches des valeurs mesurees. De plus, des analyses de dependance des taux de reactions sur les delais d'allumage sur ces modeles indiquent la dominance des reactions a base de radicaux.

Laser transmission welding is a method of joining plastics, which benefits from the infrared transparency in majority of thermoplastics. During the process, a laser beam passes through the laser transparent part and hits the laser absorbent part, which has been made absorbent using additives such as carbon black. The absorbed laser energy is then converted into heat and in turn welds the interface of the two parts by melting the polymer. In the current work, a new refraction technique of laser transmission welding is used to weld nylon plates to nylon tubes with carbon black. For the laser to refract, an angle was machined into the laser transparent nylon plates adjacent to the weld interface. Effect of different laser properties such as laser speed, number of laser rotations and laser power were studied on the quality of welding in terms of better finish and strength. The strength of these welds was assessed using a new tensile test fixture. Subsequently, the weld seam width was found from the tensile tested samples by analyzing the weld interface using vernier and transmission light microscopy. These tensile test results were then normalized using the weld seam area to obtain the tensile stress. The results showed the samples could withstand more tensile stress with an increase in laser power and rotation, excluding the samples which had decomposition due to excessive laser power. Also, the material property changes at the weld interface due to laser welding were characterized using a nanoindenter, for which small square samples were carved out of the weld interface and cold mounted. The results show that the modulus and hardness of nylon decreases right at the interface of the weld. In order to find the reason why there is a decline in the above mentioned mechanical properties, differential scanning calorimetry (DSC) testing was done to find possible changes in crystallinity, as decreasing modulus in semi-crystalline polymers is usually a result of decreasing crystallinity. The results confirmed that the crystallinity indeed decreased at the weld interface which would explain the decrease in mechanical properties. / Le soudage par transmission laser est une méthode pour joindre les plastiques qui prend avantage du fait que la majorité des thermoplastiques sont transparent aux infrarouges. Durant le procédé, un faisceau laser passe à travers une région transparente pour aller en frapper une autre rendue absorbante au moyen d'additifs tel que le noir de carbone. L'énergie laser absorbée est ensuite convertie en chaleur. Ce dégagement de chaleur permet de souder l'interface entre les deux parties en fondant le polymère. Dans le présent travail, une nouvelle technique de soudage par transmission laser basée sur la réfraction a été utilisée pour souder des plaques de nylon à des tubes de nylon contenant du noir de carbone. Afin de réfracter le laser, une surface en angle a été usinée à même les plaques de nylon transparentes, près de l'interface de soudage. Les effets de différentes propriétés du laser telles que la vitesse, le nombre de rotations et la puissance ont été évalués en se basant sur la qualité du soudage en termes du fini et de la résistance aux contraintes. La résistance des soudures a été déterminée à l'aide d'un nouvel accessoire de test en traction. Ensuite, la largeur de la soudure a été mesurée sur les échantillons testés en traction à l'aide d'un pied à coulisse et de la microscopie par transmission de lumière. Pour obtenir la contrainte en traction, les résultats des tests en traction ont été normalisés en les divisant par la surface réelle de leur soudure. Les résultats démontrent qu'une augmentation de la puissance et de la rotation du laser, jusqu'au seuil de dégradation, permet aux échantillons de soutenir davantage de contraintes en traction. De plus, les changements dans les propriétés du matériel dus à la soudure ont été caractérisés à l'aide d'un nano-indenteur, pour lequel de petits échantillons carrés ont été extraits de l'interface de soudure et montés à froid. Les résultats démontrent que le module et la dureté du nylon diminuent à l'interface de soudure. Puisque la diminution du module dans les polymères semi-cristallins est habituellement associée à une diminution de cristallinité, la calorimétrie différentielle à balayage a été utilisée afin de déceler les possibles changements dans la cristallinité. Les résultats confirment en effet que la cristallinité diminue à l'interface de soudure, et expliquent donc, par le fait même, la diminution des propriétés mécaniques.