EAGER: Power Flow in Elastic Metamaterials: A Structural Intensity Analysis

EAGER:弹性超材料中的功率流:结构强度分析

基本信息

  • 批准号:
    1647744
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 10.34万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-09-01 至 2019-02-28
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This EArly-concept Grant for Exploratory Research (EAGER) project will introduce a novel approach that will be used to track and predict the flow of vibrational energy in elastic metamaterials with periodic and aperiodic configurations. Elastic metamaterials are artificially engineered materials designed to have mechanical properties that are not found in nature. By assembling multiple materials of different shapes and sizes in self-repeating patterns, a newly designed structure emerges that reacts uniquely to external disturbances. The ability of elastic metamaterials to block or steer propagating waves within their media enables applications which are not possible with conventional materials in vibration suppression, noise control, and acoustic cloaking. Energy-based design and performance prediction models for elastic metamaterials are currently lacking. This effort will advance the understanding of the mechanics of elastic metamaterials and will enable them to address new engineering challenges, particularly for civil infrastructure systems. This research is multidisciplinary and provides a stimulating environment for participating students to broaden their understanding of concepts pertaining to vibrations, mechanics of materials, and wave propagation. The main objective of this research is to explore the use of concepts from Structural Intensity Analysis (SIA) to estimate power flow in multi-material (composite) dissipative metamaterials with complex geometries. The goal of this EAGER project is to lay the groundwork of using these tools in the context of metamaterials and to compare them with currently adopted wave-based models with the goal of overcoming some of their fundamental limitations. The developed mathematical framework will quantify transmission paths of vibrational energy from excitation locations to energy sinks. The analysis will facilitate the understanding of the underlying physics of band gaps and wave dispersion in metamaterials from an energy perspective. The integration of the developed tools with Bloch-wave models for elastic metamaterials will enable control over critical energy paths with the potential of confining or altering them, thus providing unprecedented opportunities for vibration control, energy harvesting, and structural adaptation, among others.
EARLY概念探索性研究资助(EAGER)项目将引入一种新的方法,用于跟踪和预测具有周期性和非周期性配置的弹性超材料中的振动能量流。弹性超材料是人工设计的材料,具有自然界中没有的机械性能。通过将不同形状和大小的多种材料组装成自我重复的图案,一种新设计的结构出现了,它对外部干扰有独特的反应。 弹性超材料在其介质中阻挡或引导传播波的能力使得传统材料在振动抑制、噪声控制和声学隐身方面不可能实现的应用成为可能。目前缺乏基于能量的弹性超材料设计和性能预测模型。这项工作将促进对弹性超材料力学的理解,并使其能够应对新的工程挑战,特别是民用基础设施系统。这项研究是多学科的,为参与的学生提供了一个刺激的环境,以扩大他们对振动,材料力学和波传播概念的理解。本研究的主要目的是探索使用结构强度分析(SIA)的概念来估计具有复杂几何形状的多材料(复合)耗散超材料中的功率流。EAGER项目的目标是为在超材料的背景下使用这些工具奠定基础,并将它们与目前采用的基于波的模型进行比较,以克服它们的一些基本局限性。所开发的数学框架将量化振动能量从激发位置到能量汇的传输路径。分析将有助于从能量的角度理解超材料中的带隙和波色散的基本物理。将开发的工具与弹性超材料的布洛赫波模型相结合,将能够控制关键的能量路径,并有可能限制或改变它们,从而为振动控制、能量收集和结构适应等提供前所未有的机会。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Dispersion transitions and pole-zero characteristics of finite inertially amplified acoustic metamaterials
  • DOI:
    10.1063/1.5019703
  • 发表时间:
    2018-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    H. A. Ba'ba'a;D. DePauw;T. Singh;M. Nouh
  • 通讯作者:
    H. A. Ba'ba'a;D. DePauw;T. Singh;M. Nouh
Exploring Finite Phononic Materials using Linear Systems Theory and Pole-zero Distributions
使用线性系统理论和零极点分布探索有限声子材料
Dispersion and topological characteristics of permutative polyatomic phononic crystals
  • DOI:
    10.1098/rspa.2019.0022
  • 发表时间:
    2019-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    H. A. Ba'ba'a;Mostafa Nouh;Tarunraj Singh
  • 通讯作者:
    H. A. Ba'ba'a;Mostafa Nouh;Tarunraj Singh
Phononic Band Gap Effects in Finite Serially Pivoted Pendulum Chains
有限串联枢摆链中的声子带隙效应
Emergence of Pseudo-Phononic Gaps in Periodically Architected Pendulums
周期性结构摆中伪声子间隙的出现
  • DOI:
    10.3389/fmats.2019.00119
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Al Ba'ba'a, Hasan;Callanan, Jesse;Nouh, Mostafa
  • 通讯作者:
    Nouh, Mostafa
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    2022
  • 资助金额:
    $ 10.34万
  • 项目类别:
    Postgraduate Scholarships - Doctoral
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