Critical flux and fouling in ultrafiltration of proteins

In this thesis different parameters influencing critical flux in protein ultrafiltration and membrane foul-ing were studied. Short reviews of proteins, cross-flow ultrafiltration, flux decline and criticalflux and the basic theory of Partial Least Square analysis (PLS) are given at the beginning. The experiments were mainly performed using dilute solutions of globular proteins, commercial polymeric membranes and laboratory scale apparatuses. Fouling was studied by flux, streaming potential and FTIR-ATR measurements. Critical flux was evaluated by different kinds of stepwise procedures and by both con-stant pressure and constant flux methods. The critical flux was affected by transmembrane pressure, flow velocity, protein concentration, mem-brane hydrophobicity and protein and membrane charges. Generally, the lowest critical fluxes were obtained at the isoelectric points of the protein and the highest in the presence of electrostatic repulsion between the membrane surface and the protein molecules. In the laminar flow regime the critical flux increased with flow velocity, but not any more above this region. An increase in concentration de-creased the critical flux. Hydrophobic membranes showed fouling in all charge conditionsand, furthermore, especially at the beginning of the experiment even at very low transmembrane pressures. Fouling of these membranes was thought to be due to protein adsorption by hydrophobic interactions. The hydrophilic membranes used suffered more from reversible fouling and concentration polarisation than from irreversible foul-ing. They became fouled at higher transmembrane pressures becauseof pore blocking. In this thesis some new aspects on critical flux are presented that are important for ultrafiltration and fractionation of proteins.

Short-term forecasting of power demand in the Nord Pool market

Sähkönkulutuksen lyhyen aikavälin ennustamista on tutkittu jo pitkään. Pohjoismaisien sähkömarkkinoiden vapautuminen on vaikuttanut sähkönkulutuksen ennustamiseen. Aluksi työssä perehdyttiin aiheeseen liittyvään kirjallisuuteen. Sähkönkulutuksen käyttäytymistä tutkittiin eri aikoina. Lämpötila tilastojen käyttökelpoisuutta arvioitiin sähkönkulutusennustetta ajatellen. Kulutus ennusteet tehtiin tunneittain ja ennustejaksona käytettiin yhtä viikkoa. Työssä tutkittiin sähkönkulutuksen- ja lämpötiladatan saatavuutta ja laatua Nord Poolin markkina-alueelta. Syötettävien tietojen ominaisuudet vaikuttavat tunnittaiseen sähkönkulutuksen ennustamiseen. Sähkönkulutuksen ennustamista varten mallinnettiin kaksi lähestymistapaa. Testattavina malleina käytettiin regressiomallia ja autoregressiivistä mallia (autoregressive model, ARX). Mallien parametrit estimoitiin pienimmän neliösumman menetelmällä. Tulokset osoittavat että kulutus- ja lämpötiladata on tarkastettava jälkikäteen koska reaaliaikaisen syötetietojen laatu on huonoa. Lämpötila vaikuttaa kulutukseen talvella, mutta se voidaan jättää huomiotta kesäkaudella. Regressiomalli on vakaampi kuin ARX malli. Regressiomallin virhetermi voidaan mallintaa aikasarjamallia hyväksikäyttäen.

Reaction Kinetics and Viscosity Modelling in the Fusion Syntheses of Ca- and Ca/Mg-resinates

Rosin is a natural product from pine forests and it is used as a raw material in resinate syntheses. Resinates are polyvalent metal salts of rosin acids and especially Ca- and Ca/Mg- resinates find wide application in the printing ink industry. In this thesis, analytical methods were applied to increase general knowledge of resinate chemistry and the reaction kinetics was studied in order to model the non linear solution viscosity increase during resinate syntheses by the fusion method. Solution viscosity in toluene is an important quality factor for resinates to be used in printing inks. The concept of critical resinate concentration, c crit, was introduced to define an abrupt change in viscosity dependence on resinate concentration in the solution. The concept was then used to explain the non-inear solution viscosity increase during resinate syntheses. A semi empirical model with two estimated parameters was derived for the viscosity increase on the basis of apparent reaction kinetics. The model was used to control the viscosity and to predict the total reaction time of the resinate process. The kinetic data from the complex reaction media was obtained by acid value titration and by FTIR spectroscopic analyses using a conventional calibration method to measure the resinate concentration and the concentration of free rosin acids. A multivariate calibration method was successfully applied to make partial least square (PLS) models for monitoring acid value and solution viscosity in both mid-infrared (MIR) and near infrared (NIR) regions during the syntheses. The calibration models can be used for on line resinate process monitoring. In kinetic studies, two main reaction steps were observed during the syntheses. First a fast irreversible resination reaction occurs at 235 °C and then a slow thermal decarboxylation of rosin acids starts to take place at 265 °C. Rosin oil is formed during the decarboxylation reaction step causing significant mass loss as the rosin oil evaporates from the system while the viscosity increases to the target level. The mass balance of the syntheses was determined based on the resinate concentration increase during the decarboxylation reaction step. A mechanistic study of the decarboxylation reaction was based on the observation that resinate molecules are partly solvated by rosin acids during the syntheses. Different decarboxylation mechanisms were proposed for the free and solvating rosin acids. The deduced kinetic model supported the analytical data of the syntheses in a wide resinate concentration region, over a wide range of viscosity values and at different reaction temperatures. In addition, the application of the kinetic model to the modified resinate syntheses gave a good fit. A novel synthesis method with the addition of decarboxylated rosin (i.e. rosin oil) to the reaction mixture was introduced. The conversion of rosin acid to resinate was increased to the level necessary to obtain the target viscosity for the product at 235 °C. Due to a lower reaction temperature than in traditional fusion synthesis at 265 °C, thermal decarboxylation is avoided. As a consequence, the mass yield of the resinate syntheses can be increased from ca. 70% to almost 100% by recycling the added rosin oil.

Järeiden puutuotteiden erikoiskuivaus

Tutkimuksessa selvitettiin kuumakuivauksen vaikutusta hirsiraaka-aineen ominaisuuksiin, käyttökelpoisia kuivauskaavoja sekä lämpötilatasoja. Kokeissa kuivattiin kuorittuja pyöreitä mäntytukkeja 130-180° C:n maksimilämpötilassa, sekä pelkaksi sahattuja hirsiaihioita 115-140° C:n maksimilämpötilassa. Kuivauksissa pyrittiin mahdollisimman lyhyeen aikaan laadun siitä kuitenkaan kärsimättä. Laadussa kiinnitettiin erityisesti huomiota sisä- ja pintahalkeamiin sekä värimuutoksiin. Korkeita lämpötiloja käytettäessä kuivausaika oli huomattavasti nopeampi kuin lämminilmakuivauksessa. Koekuivaukset kestivät 1-4 vuorokautta, kun vastaavaa puutavaraan lämminilmakuivaus kestää 7-20 vuorokautta. Korkeimmilla lämpötiloilla suoritetuissa kokeissa koekappaleisiin muodostui paljon pieniä halkeamia kun taas alhaisemmilla lämpötiloilla halkeamien kappalemäärä väheni, mutta lähes joka kappaleessa oli vähintään yksi suuri (yli 5 mm leveä) halkeama. Sisähalkeamien määrä oli pyöreillä tukeilla suoritetuissa kokeissa kohtuullisen pieni. Pelkaksi sahatuilla aihioilla sitä vastoin sisähalkeamien määrä oli huomattavasti suurempi. Vain 100 mm x 175 mm aihioilla onnistuttiin yhdessä kuivauksessa pitämään sisähalkeaminen pienenä. Kuumakuivaus aiheuttaa väistämättä värimuutoksia puuhun. Mitä korkeammilla lämpötiloilla ja pidemmillä kaavoilla kuivataan sitä enemmän väri tummenee. Värin vaikutus lopputuotteessa riippuu kuitenkin käyttökohteesta ja asiakkaan mieltymyksistä. Tutkimuksen perusteella varsinkin pyöreiden tukkien kuumakuivaus näyttää onnistuvan laadul-lisesti hyvin ja huomattavasti lämminilmakuivausta nopeammin. Pelkaksi sahattujen hirsiaihioiden kuivauksessa prosessin hallinta havaittiin vaikeaksi ja toimivien kaavojen kehittäminen vaatii jatkotutkimuksia.

Kysynnän ennustaminen leipomotuotteille ja ennusteen tarkkuuden arviointi

Tässä diplomityössä tutkittiin kysynnän ennustamista Vaasan & Vaasan Oy:n tuotteille. Ensin työssä perehdyttiin ennustamiseen ja sen tarjoamiin mahdollisuuksiin yrityksessä. Erityisesti kysynnän ennustamisesta saatavat hyödyt käytiin läpi. Kysynnän ennustamisesta haettiin ratkaisua erityisesti ongelmiin työvuorosuunnittelussa.Työssä perehdyttiin ennustemenetelmiin liittyvään kirjallisuuteen, jonka oppien perusteella tehtiin koe-ennustuksia yrityksen kysynnän historiadatan avulla. Koe-ennustuksia tehtiin kuudelle eri Turun leipomon koe-tuotteelle. Ennustettavana aikavälinä oli kahden viikon päiväkohtainen kysyntä. Tämän aikavälin erityisesti peruskysynnälle etsittiin ennustetarkkuudeltaan parasta kvantitatiivista ennustemenetelmää. Koe-ennustuksia tehtiin liukuvilla keskiarvoilla, klassisella aikasarja-analyysillä, eksponentiaalisen tasoituksen menetelmällä, Holtin lineaarisella eksponenttitasoituksen menetelmällä, Wintersin kausittaisella eksponentiaalisella tasoituksella, autoregressiivisillä malleilla, Box-Jenkinsin menetelmällä ja regressioanalyysillä. Myös neuroverkon opettamista historiadatalla ja käyttämistä ongelman ratkaisun apuna kokeiltiin.Koe-ennustuksien tulosten perusteella ennustemenetelmien toimintaa analysoitiin jatkokehitystä varten. Ennustetarkkuuden lisäksi arvioitiin mallin yksinkertaisuutta, helppokäyttöisyyttä ja sopivuutta yrityksen monien tuotteiden ennustamiseen. Myös kausivaihteluihin, trendeihin ja erikoispäiviin kiinnitettiin huomiota. Ennustetarkkuuden huomattiin parantuvan selvästi peruskysyntää ennustettaessa, jos ensin historiadata esikäsittelemällä puhdistettiin erikoispäivistä ja –viikoista.

Conservation Laws in Cellular Automata

Conservation laws in physics are numerical invariants of the dynamics of a system. In cellular automata (CA), a similar concept has already been defined and studied. To each local pattern of cell states a real value is associated, interpreted as the “energy” (or “mass”, or . . . ) of that pattern.The overall “energy” of a configuration is simply the sum of the energy of the local patterns appearing on different positions in the configuration. We have a conservation law for that energy, if the total energy of each configuration remains constant during the evolution of the CA. For a given conservation law, it is desirable to find microscopic explanations for the dynamics of the conserved energy in terms of flows of energy from one region toward another. Often, it happens that the energy values are from non-negative integers, and are interpreted as the number of “particles” distributed on a configuration. In such cases, it is conjectured that one can always provide a microscopic explanation for the conservation laws by prescribing rules for the local movement of the particles. The onedimensional case has already been solved by Fuk´s and Pivato. We extend this to two-dimensional cellular automata with radius-0,5 neighborhood on the square lattice. We then consider conservation laws in which the energy values are chosen from a commutative group or semigroup. In this case, the class of all conservation laws for a CA form a partially ordered hierarchy. We study the structure of this hierarchy and prove some basic facts about it. Although the local properties of this hierarchy (at least in the group-valued case) are tractable, its global properties turn out to be algorithmically inaccessible. In particular, we prove that it is undecidable whether this hierarchy is trivial (i.e., if the CA has any non-trivial conservation law at all) or unbounded. We point out some interconnections between the structure of this hierarchy and the dynamical properties of the CA. We show that positively expansive CA do not have non-trivial conservation laws. We also investigate a curious relationship between conservation laws and invariant Gibbs measures in reversible and surjective CA. Gibbs measures are known to coincide with the equilibrium states of a lattice system defined in terms of a Hamiltonian. For reversible cellular automata, each conserved quantity may play the role of a Hamiltonian, and provides a Gibbs measure (or a set of Gibbs measures, in case of phase multiplicity) that is invariant. Conversely, every invariant Gibbs measure provides a conservation law for the CA. For surjective CA, the former statement also follows (in a slightly different form) from the variational characterization of the Gibbs measures. For one-dimensional surjective CA, we show that each invariant Gibbs measure provides a conservation law. We also prove that surjective CA almost surely preserve the average information content per cell with respect to any probability measure.

Koulutetut maahanmuuttajat työmarkkinoilla. Tutkimus korkeakoulututkinnon suorittaneiden maahanmuuttajien työllistymisestä ja työurien alusta Suomessa

Maahanmuuttajien määrä on Suomessa merkittävämmin lisääntynyt vasta 1990- ja 2000-luvuilla. Vuonna 2010 Suomessa asui lähes 170 000 ulkomaan kansalaista. Tavallisimmin Suomeen muutetaan avioliiton, paluumuuton tai pakolaisuuden vuoksi. Pieni, joskin kasvava joukko muuttaa työn tai opiskelun vuoksi. Myös kansalaisuuksien, koulutustaustojen, ammattien jne. kirjo muuttajien joukossa on suuri. Ulkomaan kansalaisten lisääntyessä Suomessa on jouduttu kohtaamaan monenlaisia maahanmuuttoon liittyviä haasteita, joista työllistymiseen liittyvät kysymykset eivät ole vähäisimpiä. Tutkimuksessa tarkastellaan lähtömaassaan korkeakoulututkinnon suorittaneiden maahanmuuttajien työllistymistä ja työuran alkua Suomessa. Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää, miten korkeakoulutetut maahanmuuttajat ovat Suomessa työllistyneet, minkälaisia heidän työuriensa alut ovat Suomessa olleet ja miten he ovat onnistuneet uudessa maassa hyödyntämään lähtömaassa hankkimaansa koulutusta. Lisäksi tutkimuksessa tarkastellaan, miten maahanmuuttajien lähtömaan erilaiset elämäntilanteet, olosuhteet ja valinnat ovat vaikuttaneet työuran muotoutumiseen Suomessa. Tutkimuksen aineisto muodostuu kysely- sekä haastatteluaineistosta. Kyselyaineiston (n=99) tarkoituksena on luoda määrällistä kuvaa korkeakoulutettujen maahanmuuttajien työllistymisestä Suomessa. Numerotietojen taakse jää kuitenkin näkymättömiin tieto maahanmuuttajien yksilöllisistä kokemuksista liittyen työllistymiseen ja työuran muotoutumiseen uudessa maassa. Toisena aineistona hyödynnettävän elämäkerrallisen haastatteluaineiston (n=20) kautta on mahdollista tehdä näkyväksi ne tutkittavien yksilölliset työ- ja koulutusuraan liittyvät valinnat, joita maahanmuuttajat ovat tehneet niin lähtömaassa kuin Suomessa sekä ne tilanteet ja olosuhteet, joissa tutkittavat ovat lähtömaassa eläneet ja joiden pohjalta he ovat tulleet Suomeen ja Suomen työmarkkinoille. Aineistoissa mukana olevat maahanmuuttajat olivat pääosin avioliiton, paluumuuton sekä pakolaisuuden vuoksi Suomeen tulleita. Vain muutama oli tullut työn vuoksi. Maahanmuuttajien työmarkkina-asemaa selitetään usein maahanmuuttajien resursseilla, kuten kielitaidolla, koulutuksella, työkokemuksella, sosiaalisten suhteiden ja verkostojen laadulla ja määrällä jne. Myös maahanmuuttajiin kohdistuvilla syrjivillä ja ennakkoluuloisilla asenteilla on keskeinen merkitys työllistymisessä. Koulutuksen ollessa yksi keskeisimmistä työmarkkina-asemaa määräävistä tekijöistä, tulisi koulutettujen maahanmuuttajien sijoittua hankitun tutkinnon oikeuttamiin tehtäviin. Tutkimuksessa kuitenkin havaittiin, että työllistyminen oli maahanmuuttajilla vaikeaa hyvästä koulutuksesta huolimatta. Kyselyaineistoon vastanneista vain muutama (6 %) oli työssä heti Suomeen muuttovuoden lopussa, kolme vuotta Suomessa asuttuaan työssä oli runsas kolmannes (35 %) ja aineistonkeruuhetkellä eli vuonna 2004 työssä oli 38 % vastaajista. Työsuhteet olivat tutkittavilla useimmiten määräaikaisia ja kestoltaan lyhyitä. Lisäksi työurat koostuivat runsaasta työttömyydestä sekä koulutukseen osallistumisesta. Myönteistä kuitenkin oli, että mikäli korkeakoulutetut maahanmuuttajat onnistuivat Suomessa työllistymään, vastasi työ usein joko kokonaan tai ainakin osittain hankittua korkeakoulututkintoa. Korkeakoulutettujen maahanmuuttajien työuran alut Suomessa voidaan tyypitellä kolmeen ryhmään, joista kukin jakaantui vielä kahteen alaryhmään siten, että kaiken kaikkiaan saatiin kuusi erilaista työuran alun tyyppiä: koulutusta vastaava vakaa ja vakiintuva ura, koulutusta osittain vastaava sekaura ja laskeva ura sekä koulutusta vastaamaton sisääntuloura ja työttömän ura . Haastatteluaineiston kautta tarkastellaan korkeakoulutettujen maahanmuuttajien yksilöllisiä elämänuria lähtien liikkeelle korkeakoulutettujen maahanmuuttajien lähtömaassa tekemistä ura- ja ammatinvalinnoista jatkuen Suomeen muuton kautta aina työuran muotoutumiseen Suomessa. Haastatteluja toisistaan erottelevina keskeisinä teemoina olivat toisaalta pärjääminen Suomessa ja suomalaisilla työmarkkinoilla toisaalta elämän muotoutuminen lähtömaassa ja nimenomaan siellä tehdyt ura- ja ammatinvalinnat ja niihin liittyvät kokemukset ja elämäntilanteet. Näiden kriteerien pohjalta aineisto jakaantui kolmeen ryhmään, jotka nimettiin pärjääjiksi, harhailijoiksi ja sinnittelijöiksi. Pärjääjien kertomukset muotoutuivat tietyllä tavalla myönteisen kehän kautta: niin lähtömaassa tehdyt ammatinvalinnat kuin työuran muotoutuminen Suomessa tapahtuivat suhteellisen vaivattomasti. Useimmiten työt Suomessa vastasivat lähtömaassa hankittua koulutusta. Omiin uravalintoihin oltiin myöhemmin myös tyytyväisiä. Harhailijoille oman paikan löytyminen oli puolestaan hankalampaa. Leimallista tälle ryhmälle oli tietynlainen valintojen vaikeus sekä tyytymättömyys omiin aikaisemmin tehtyihin ratkaisuihin. Jotkut harmittelivat nuorena tekemiään uravalintoja niin, että päättivät Suomessa hankkia kokonaan uuden ammatin. Muutto Suomeen merkitsi useimmille ammatillisen aseman laskua. Sinnittelijät kertoivat jo lähtökohdiltaan kahteen muuhun ryhmään nähden hyvin erilaista tarinaa. Tämän ryhmän lähes koko elämä lähtömaassa oli sodan ja levottomuuksien sävyttämää. Tämä näkyi myös ammatinvalinnassa: opiskelupaikka oli saatettu valita esimerkiksi sen perusteella, missä oli milloinkin turvallista opiskella. Myös Suomeen muutto erosi kahdesta aikaisemmasta ryhmästä, sillä lähtö entisestä kotimaasta oli tapahtunut usein hyvinkin yllättäen vailla etukäteissuunnittelua tilanteiden kärjistyttyä nopeasti. Suomessa työelämään pääseminen oli kaikille sinnittelijöille vaikeaa ja haastatteluhetkellä useilla vielä hyvin alkutekijöissä. Hyväkään koulutus ei aina takaa maahanmuuttajille työtä uudessa maassa, sillä hankittua tutkintoa ja osaamista ei ole helppo siirtää maasta toiseen. Pahimmassa tapauksessa vieraassa maassa suoritettu korkeakoulututkinto voi kokonaan mitätöityä uudessa maassa ja korkeakoulututkinnon myötä hankittu osaaminen menettää täysin arvonsa. Kyse on niin yksilön kuin yhteiskunnankin resurssien tuhlaamisesta tilanteessa, jossa maassa pysyvästi asuvat koulutetut maahanmuuttajat työskentelevät tavalla tai toisella koulutustaan vastaamattomissa epävakaissa töissä, työmarkkinoiden laitamilla tai ovat kokonaan työmarkkinoiden ulkopuolella.

Erikoispuristimen kehitys liikkuvalle raaka-ainerainalle

Tutkimuksen tavoitteena oli kehittää Lappeenrannan teknilliselle yliopistolle nopeasti ja ketterästi liikkuva, lävistyksiä ja muovauksia tekevä puristin. Laitteisto on tarkoitus liittää osaksi tuotantolinjaa, jossa suulakepuristin eli ekstruuderi tuottaa pehmeä, ei-metallista materiaalia katkeamattomasti. Teoriaosuudessa esitellään vaihtoehdot puristimen, ohjauksen, työkalun ja liikutuslaitteiston osalta. Empiriaosuudessa suoritetaan laitteiston eri komponenttien valinta hinnan, nopeuden, kestävyyden, käytettävyyden ja koon perusteella. Tutkimuksen lopussa arvioidaan laitteistokokonaisuuden nopeutta suulakepuristimen tuotaman materiaalin maksiminopeuteen. Laitteiston nopeuden rajoittavana tekijänä toimii puristimen iskunopeus, jonka perusteella suulakepuristimen tuottaman materiaalin etenemisnopeus joudutaan pudottamaan hieman alle puoleen tavoitteena olleesta nopeudesta. Laitteiston kestävyyden heikon kohta on työstöä tekevien komponenttien liikuttamiseen tarkoitettu laitteisto. Puristuslaitteistoa on tarkoitus käyttää kahdeksan tuntia päivässä, viitenä päivänä viikossa, 52 viikkoa vuodessa. Näiden käyttötietojen perusteella koko laitteiston käyttöikä on useita vuosia.

Performance characteristic of moving average trading rules in the Finnish stock market

The thesis examines the profitability of DMAC trading rules in the Finnish stock market over the 1996-2012 period. It contributes to the existing technical analysis literature by comparing for the first time the performance of DMAC strategies based on individual stock trading portfolios to the performance of index trading strategies based on the trading on the index (OMX Helsinki 25) that consists of the same stocks. Besides, the market frictions including transaction costs and taxes are taken into account, and the results are reported from both institutional and individual investor’s perspective. Performance characteristic of DMAC rules are evaluated by simulating 19,900 different trading strategies in total for two non- overlapping 8-year sub-periods, and decomposing the full-sample-period performance of DMAC trading strategies into distinct bullish- and bearish-period performances. The results show that the best DMAC rules have predictive power on future price trends, and these rules are able to outperform buy-and-hold strategy. Although the performance of the DMAC strategies is highly dependent on the combination of moving average lengths, the best DMAC rules of the first sub-period have also performed well during the latter sub-period in the case of individual stock trading strategies. According to the results, the outperformance of DMAC trading rules over buy-and-hold strategy is mostly attributed to their superiority during the bearish periods, and particularly, during stock market crashes.

Designing a Demand Forecasting Process in the Fast Moving Consumer Goods Context

The purpose of this thesis was to study the design of demand forecasting processes. A literature review in the field of forecasting was conducted, including general forecasting process design, forecasting methods and techniques, the role of human judgment in forecasting and forecasting performance measurement. The purpose of the literature review was to identify the important design choices that an organization aiming to design or re-design their demand forecasting process would have to make. In the empirical part of the study, these choices and the existing knowledge behind them was assessed in a case study where a demand forecasting process was re-designed for a company in the fast moving consumer goods business. The new target process is described, as well as the reasoning behind the design choices made during the re-design process. As a result, the most important design choices are highlighted, as well as their immediate effect on other processes directly tied to the demand forecasting process. Additionally, some new insights on the organizational aspects of demand forecasting processes are explored. The preliminary results indicate that in this case the new process did improve forecasting accuracy, although organizational issues related to the process proved to be more challenging than anticipated.

Hygro-elasto-plastic behavior of planar orthotropic material

The mechanical and hygroscopic properties of paper and board are factors affecting the whole lifecycle of a product, including paper/board quality, production, converting, and material and energy savings. The progress of shrinkage profiles, loose edges of web, baggy web causing wrinkling and misregistration in printing are examples of factors affecting runnability and end product quality in the drying section and converting processes, where paper or board is treated as a moving web. The structural properties and internal stresses or plastic strain differences built up during production also cause the end-product defects related to distortion of the shape of the product such as sheet or box. The objective of this work was to construct a model capable of capturing the characteristic behavior of hygroscopic orthotropic material under moisture change, during different external in-plane stretch or stress conditions. Two independent experimental models were constructed: the elasto-plastic material model and the hygroexpansivity-shrinkage model. Both describe the structural properties of the sheet with a fiber orientation probability distribution, and both are functions of the dry solids content and fiber orientation anisotropy index. The anisotropy index, introduced in this work, simplifies the procedure of determining the constitutive parameters of the material model and the hygroexpansion coefficients in different in-plane directions of the orthotropic sheet. The mathematically consistent elasto-plastic material model and the dry solids content dependent hygroexpansivity have been constructed over the entire range from wet to dry. The presented elastoplastic and hygroexpansivity-shrinkage models can be used in an analytical approach to estimate the plastic strain and shrinkage in simple one-dimensional cases. For studies of the combined and more complicated effects of hygro-elasto-plastic behavior, both models were implemented in a finite element program for a numerical solution. The finite element approach also offered possibilities for studying different structural variations of orthotropic planar material, as well as local buckling behavior and internal stress situations of the sheet or web generated by local strain differences. A comparison of the simulation examples presented in this work to results published earlier confirms that the hygro-elasto-plastic model provides at least qualitatively reasonable estimates. The application potential of the hygro-elasto-plastic model is versatile, including several phenomena and defects appearing in the drying, converting and end-use conditions of the paper or board webs and products, or in other corresponding complex planar materials.