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A survey of the literature of grinding and surface texture shows the influence of dressing and wear on surfaces involved in the process and the advantages of stylus profilometry for data collection from both grinding wheels and ground surfaces. Statistical analysis is favoured for surface profile characterization and, of the various parameters used, power spectral density alone offers some prospect of effective comparison between these surfaces. Work on grinding with single crystals of natural corundum was eventually discontinued in favour of experiments with conventional bonded grinding wheels subjected to a dressing operation and some wear in grinding steel surfaces. Statistical parameters representing the surfaces are computed using data obtained from profilograms. Results in terms of power spectral density are presented showing progressive improvement following upon developments in apparatus and methods which facilitated the use of larger surface profile samples. Transfer functions are used to relate power spectra representing corresponding pairs of surfaces. The significance of power spectral density applied to surface profile characterization is discussed and, in this context, it is suggested that these should be described as variance spectra. Attention is drawn to certain disadvantages of variance spectra applied to grinding wheel and ground surface profiles. Methods designed to improve presentation of variance spectra lead to development of a proposed new and more suitable spectrum in which density of standard deviation of surface profile ordinates with respect to frequency is plotted against frequency. Transfer functions calculated from related pairs of these standard deviation spectra show a strong linear correlation with frequency and offer prospects of convenient comparison between the profiles of the various surfaces involved in grinding.

The high energy lasers are emerging as an innovative material processing tool to effectively fabricate complex shapes on the hard and brittle structural ceramics, which previously had been near impossible to be machined effectively using various conventional machining techniques. In addition, the in-situ measurement of the thermo-physical properties in the severe laser machining conditions (high temperature, short time duration, and small interaction volume) is an extremely difficult task. As a consequence, it is extremely challenging to investigate the evolution of surface topography through experimental analyses. To address this issue, an integrated experimental and computational (multistep and multiphysics based finite-element modeling) approach was employed to understand the influence of laser processing parameters to effectively control the various thermo-physical effects (recoil pressure, Marangoni convection, and surface tension) during transient physical processes (melting, vaporization) for controlled surface topography (surface finish). The results indicated that the material lost due to evaporation causes an increase in crater depth of machined cavity, whereas liquid expulsion created by the recoil pressure increases the material pileup height around the lip of machined cavity, the major attributes of surface topography (roughness). Also, it was found that the surface roughness increased with increase in laser energy density and pulse rate (from 10 to 50Hz), and with the decrease in distance between two pulses (from 0.6 to 0.1mm) or the increase in lateral and transverse overlap (0, 17, 33, 50, 67, and 83%). The results of the computational model are also validated by experimental observations with reasonably close agreement.

The majority of outdoor sports are played on natural turf pitches. Throughout the playing season, a pitch has continual player interaction, which, during periods of sustained unfavourable conditions, can cause the turf to tear up (shear) under player contact. This is most evident in Rugby Union scrummages, which create deep divots in the turf and rootzone that reduce player safety and are criticised by the media. However, little is known of the turf/rootzone strength to depth, termed 'shear stability' in this thesis, and there is currently no appropriate means to test this property. In order to explore the shear stability of turf, a device was designed and developed. The prototype device, termed the 'Shear Tester', underwent trial, validation and several redesigns until it was deemed suitable to investigate turf shear stability. A range of natural and hybrid constructions and laboratory-controlled samples were investigated, and the key variables found to influence the shear stability were grass rooting, water content and rootzone density.

Les cendres volcaniques issues des différents mécanismes de fragmentation ont diverses textures et morphologies externes. Chaque particule de cendre peut donner des informations sur son propre environnement et sur les mécanismes de formation. On peut définir un régime de fragmentation et la quantité de l'eau qui participe au processus de fragmentation. Actuellement, les cendres volcaniques ont surtout fait l'objet d'approches qualitatives. En effet, la complexité et la variabilité des formes des particules volcaniques rendent l'approche quantitative difficile et la caractérisation numérique des textures de surface des cendres volcaniques, en raison de sa complexité, est encore mal définie. Des descriptions de surface simples et bien définies sont présentées dans cette étude. On se base sur le fait que la variation de niveau de gris est liée à la variation de rugosité de la surface. Ici, des valeurs de niveau de gris ont été employées sous une forme correspondant aux valeurs z vertical sur la surface. Les inconvénients et les avantages de la simplicité de la méthode sont discutés. Sept paramètres de rugosité (Rq, Ra, Rsk, Rku, Rv, Rp, Rt), trois paramètres de quadtree (nQT, mQT, sQT) et dimension de fractale sur des surfaces de cendres sont mesurés. Une analyse de gradient basée sur des opérateurs de Sobel a été exécutée et des parcelles de terrain polaires ont été produites, sur la base de la fréquence des gradients. Différents paramètres de forme, tels que le facteur de forme, la compacité, l'arrondi, l'allongement, la solidité, la convexité et les dimensions de fractale sont calculés sur les parcelles de terrain polaires. Des échantillons provenant de l'activité variée de 5 volcans ont été choisis pour l'analyse 2D : Nemrut, Erciyes (Turquie), Galunggung (Indonésie), Villarica (Chili), Miyakejima (Japon). Cependant, des images tridimensionnelles permettent à différents dispositifs morphologiques d'être mieux interprétés et mesurés. En conséquence, des coupes de particules, la stéréoscopie et le meulage commandé ont été employés pour acquérir une reconstruction 3D. Des paramètres externes sont calculés sur les surfaces 3D des particules des cendres du volcan Villarica. Les paramètres externes sont employés pour regrouper les différents types de particules selon leurs mécanismes de framentation et en particulier pour séparer les changements de styles en cours d'éruptions, liés au rapport eau/magma. Les paramètres de morphologie de surface optima ont été déterminés à l'aide des corrélations entre les paramètres de surfaces qualitatif, la porosité, l'abondance des xénolithes, les rapports de masse eau-magma (R) et des paramètres de surfaces quantitatifs. On admet que Ra et Rq sont des paramètres de rugosité sensibles à la micro-rugosité (par exemple à la poussière fine) tandis que d'autres paramètres de rugosité, Rsk et Rku, mesurent la macro-rugosité liée aux cavités de surface (vésicules). En effet, le paramètre de quadtree nQT, la dimension de fractale des surfaces et la solidité des parcelles de terrain polaires ont aussi la même réponse à la micro-rugosité, semblable à Ra et Rq. En raison de l'intérêt croissant pour les propriétés externes de matériaux normaux, les paramètres des surfaces proposés dans cette étude peuvent être appliqués aux surfaces de divers matériaux normaux