Nonlocal Elastic Metamaterials: Leveraging Intentional Nonlocality to Design Programmable Structures
非局域弹性超材料:利用有意的非局域性来设计可编程结构
基本信息
- 批准号:2330957
- 负责人:
- 金额:$ 43.75万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2024
- 资助国家:美国
- 起止时间:2024-05-01 至 2027-04-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
This award supports research that aims to develop a radically new class of elastic metamaterials that leverages intentional nonlocality as a design principle to achieve new material functionalities unachievable in via traditional materials. To date, metamaterial systems have been able to deliver unique properties that can largely surpass traditional materials, but these properties are limited to very narrow ranges of operating frequencies and functionalities, which in turns limit their practical application. The nonlocal approach will help overcome substantial obstacles on the way to transition elastic metamaterial technology towards real world applications. From a broader perspective, the theoretical and computational design tools developed in this project can have far-reaching impacts in other fields and applications such as the design of civil infrastructures resilient against extreme events, acoustic insulation for noise control in buildings and transportation systems, and advanced photonic and electromagnetic materials for electronic devices, telecommunications, and defense systems. The concept hinges on an intentionally nonlocal and hierarchical design that, by exploiting nonlocal interactions across spatial scales, will enable materials with exceptionally broadband dynamic performance, tunable effective properties, and programmable dynamics. The integration of nonlocality within a hierarchical design framework leads to the concept of multiscale nonlocality that will serve as a foundational theoretical principle to engineer complex material behavior across scales and to achieve a level of control on effective material properties not achievable by operating at a single scale. This project will also introduce the distinctive concept of delocalized action as a means to achieve efficient material tuning and reconfiguration. While delocalization is a natural consequence of nonlocality, its use to control material properties is largely unexplored and opens an extremely flexible and customizable design space where the material is designed in a distributed sense, hence paving the way towards materials exhibiting extreme structural efficiency.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该奖项支持旨在开发一种全新的弹性超材料的研究,该材料利用有意的非局部性作为设计原则,以实现传统材料无法实现的新材料功能。迄今为止,超材料系统已经能够提供可以在很大程度上超越传统材料的独特性能,但这些性能仅限于非常窄的工作频率和功能范围,这反过来又限制了它们的实际应用。非局部方法将有助于克服将弹性超材料技术过渡到真实的世界应用的道路上的重大障碍。 从更广泛的角度来看,该项目中开发的理论和计算设计工具可以在其他领域和应用中产生深远的影响,例如对极端事件具有弹性的民用基础设施的设计,建筑物和交通系统中噪音控制的隔音,以及用于电子设备,电信和国防系统的先进光子和电磁材料。这个概念取决于一个有意的非局部和分层设计,通过利用跨空间尺度的非局部相互作用,将使材料具有异常宽带的动态性能,可调的有效性能和可编程的动态。在分层设计框架内的非局部性的整合导致多尺度非局部性的概念,将作为一个基本的理论原则,工程复杂的材料行为跨尺度,并实现有效的材料性能的控制水平不能通过在一个单一的规模。这个项目还将引入独特的概念,作为一种手段,实现有效的材料调整和重新配置的离域行动。虽然离域性是非定域性的自然结果,但其用于控制材料性质的用途在很大程度上未经探索,并打开了一个非常灵活和可定制的设计空间,其中材料以分布式意义设计,该奖项反映了NSF的法定使命,并被认为是值得通过利用基金会的智力价值进行评估来支持的,更广泛的影响审查标准。
项目成果
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