MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32271754
■035    ▼a(MiAaPQ)umichrackham006407
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a534
■1001  ▼aHathcock,  Megan.
■24510▼aDirac  Cone  and  Acoustic  Wave  Manipulation  With  Origami  Inspired  Reconfigurable  Phononic  Structures
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Michigan▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a163  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Popa,  Bogdan-Ioan;Wang,  Kon-Well.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2025.
■520    ▼aThe  ability  to  efficiently  form,  steer,  and  focus  waves  is  critical  for  a  wide  range  of  applications.  As  autonomous  systems  become  increasingly  more  prevalent,  the  ability  to  direct  acoustic  beams  in  multiple  tunable  directions  becomes  especially  important  for  real-time  sensing  of  objects  in  complex  environments.  Among  the  various  sensing  technologies,  acoustic  systems  are  particularly  attractive  due  to  their  simplicity,  compact  size,  and  low  cost,  as  well  as  being  more  robust  under  adverse  weather  conditions.  Specifically,  phononic  structures  can  produce  highly  directional,  collimated  beams  using  a  single  transducer.  This  beamforming  capability,  as  well  as  phenomena  such  as  topological  waveguiding  and  acoustic  cloaking,  arises  from  the  presence  of  Dirac  cones  in  the  phononic  band  structure.  To  tune  the  output  beam  frequency  and  angle,  and  thus  the  frequency  or  location  of  a  Dirac  cone  within  the  band  structure,  one  must  be  able  to  modify  the  phononic  lattice  geometry,  symmetry,  and/or  material  properties,  which  is  often  a  nontrivial  task.  The  practical  deployment  of  these  systems  has  been  limited  by  the  lack  of  effective,  tunable  platforms  for  manipulating  Dirac  cone  properties  across  a  broad  range  of  frequencies  and  locations.  This  research  investigates  a  new  class  of  reconfigurable  phononic  structures  inspired  by  origami  kinematics  to  achieve  tunable  acoustic  wave  manipulation  through  Dirac  cone  modulation.  First,  we  develop  an  origami-based  phononic  crystal  that  enables  dramatic  lattice  reconfiguration.  By  adjusting  the  folding  angle  of  a  Miura-origami  base,  the  phononic  lattice  can  transform  into  multiple  high-symmetry  Bravais  lattices  with  varying  Dirac  cone  positions  and  frequencies.  Numerical  results  confirm  that  this  structure  can  steer  collimated  beams  over  a  wide  range  of  angles  and  frequencies  in  air.  Next,  we  extend  the  investigation  beyond  perfectly  symmetric  configurations  at  discrete  origami  folding  angles  by  exploring  the  behavior  of  Dirac  cones  in  lower  symmetry  lattices  during  transition.  Through  systematic  perturbation  of  a  hexagonal  phononic  crystal,  we  uncover  that  Dirac  cones  not  only  persist  in  low-symmetry  lattice  configurations  but  can  also  move  continuously  along  high-symmetry  lines  in  the  Brillouin  zone.  A  reconfigurable  phononic  crystal  is  designed  to  leverage  this  insight,  enabling  continuous  tuning  of  Dirac  cone  frequency  and  location.  Experimental  validation  confirms  the  structure's  ability  to  produce  directional  acoustic  beams  that  are  continuously  steerable.  This  discovery  significantly  broadens  the  design  space  for  continuously  tunable  phononic  crystal  beamformers.  Finally,  to  support  the  informed  design  of  tunable  phononic  crystals  with  Dirac  cones,  we  introduce  the  Continuous  Symmetry  Measure  (CSM),  a  concept  adapted  from  structural  chemistry.  Dirac  cones  are  known  to  be  heavily  influenced  by  lattice  symmetry.  However,  traditional  symmetry-based  analyses  offer  little  insight  into  whether  Dirac  cones  will  persist  in  low-symmetric  lattices.  As  a  result,  the  design  of  reconfigurable  phononic  crystals  is  often  a  time-intensive,  trial-and-error  process.  CSM  addresses  this  gap  by  quantifying  how  much  a  lattice  deviates  from  ideal  symmetry  groups,  offering  a  metric  to  assess  the  symmetry  of  lattices  that  are  not  perfectly  symmetric.  We  apply  CSM  to  a  range  of  lattice  deformations,  including  uniaxial,  shear,  dilation,  and  their  combinations,  and  identify  threshold  values  that  reliably  predict  Dirac  cone  persistence  or  annihilation.  This  tool  will  guide  the  design  of  tunable  phononic  crystals  that  incorporate  lattice  configurations  of  different  symmetry  levels  while  maintaining  robust  Dirac  cone  modulation.  Together,  these  efforts  establish  a  comprehensive  foundation  for  practical,  reconfigurable  phononic  crystals  that  enable  highly  controllable  wave  propagation  and  open  new  pathways  for  next-generation  acoustic  sensing  technologies.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aAcoustics
■650  4▼aApplied  physics
■650  4▼aEngineering
■650  4▼aMechanical  engineering
■653    ▼aPhononic  dirac  cones
■653    ▼aAcoustic  beamforming
■653    ▼aOrigami  phononic  structures
■653    ▼aReconfigurable  phononic  structures
■690    ▼a0986
■690    ▼a0537
■690    ▼a0548
■690    ▼a0215
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bMechanical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-03B.
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17359799▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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