MARC

 008260203s2023        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)httphdlhandlenet2142121942
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530
■1001  ▼aPatil,  Ganesh  U.
■24510▼aNonlinear  Wave  Dynamics  of  Continuum  Phononic  Materials  With  Periodic  Rough  Contacts
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Illinois  at  Urbana-Champaign▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2023
■300    ▼a171  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Matlack,  Kathryn  H.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Illinois  at  Urbana-Champaign,  2023.
■520    ▼aControlling  mechanical  wave  propagation  is  crucial  for  addressing  technological  and  environmental  challenges.  These  include  preventing  the  vibration-induced  structural  failure  of  civil  and  energy  infrastructure,  enhancing  noise-cancellation  and  imaging  technologies,  and  developing  novel  acoustic  devices  for  protective  gears  and  nondestructive  evaluation.  Phononic  materials,  which  are  engineered  materials  with  periodic  building  blocks,  exhibit  wave  characteristics  superior  to  that  of  traditional  materials  and  therefore  have  the  potential  to  revolutionize  our  ability  to  control  waves.  However,  the  current  understanding  of  their  functionality  is  primarily  limited  to  the  linear  regime,  despite  the  prevalent  occurrence  of  large  deformations  and  nonlinear  mechanical  responses  in  real-world  materials.  Recent  research  has  explored  the  nonlinear  behavior  of  phononic  materials  through  granular  crystals  and  soft  metamaterials,  extending  the  analysis  beyond  the  linear  regime.  However,  these  studies  primarily  examined  either  discrete  nonlinearity  in  the  form  of  spring-mass  chains  or  continuous  nonlinearities  in  continuous  periodic  materials.  Consequently,  there  remains  an  open  fundamental  question  of  how  waves  propagate  in  continuum  phononic  materials  with  discrete  (or  local)  nonlinearities.  Addressing  this  question  may  reveal  new  opportunities  to  control  the  global  nonlinear  wave  response  of  phononic  materials  via  local  nonlinearities  and  discrete-continuum  coupling.This  dissertation  introduces  and  investigates  nonlinear  continuum  phononic  materials  featuring  geomaterial  microstructures,  particularly,  micro-cracks  as  local  nonlinearities.  The  nondestructive  evaluation  of  geomaterials  has  shown  that  micro-cracks  display  highly  nonlinear  responses  because  of  rough  features  on  their  contacting  surfaces,  known  as  rough  contacts.  Despite  their  rich  nonlinear  responses,  rough  contacts  have  not  yet  been  explored  in  the  context  of  engineered  periodic  media.  Thus,  this  research  develops  a  fundamental  understanding  of  (1)  the  influence  of  the  periodic  arrangement  of  rough  contacts  on  wave  propagation  and  (2)  the  role  of  local  contact  nonlinearity  between  successive  continuum  layers  in  shaping  nonlinear  wave  responses.  To  achieve  this,  extensive  numerical  analyses  were  conducted  to  study  wave  responses  in  these  phononic  materials  for  varying  levels  of  contact  nonlinearity,  from  weak  to  strong,  including  friction.  Additionally,  pilot  experimental  studies  of  acoustic  characterization  of  base  materials  and  ultrasonic  wave  propagation  through  rough  contact  have  been  conducted,  which  serves  as  a  foundation  for  the  future  realization  of  these  materials.The  research  reveals  atypical  wave  signatures  with  no  analogs  in  linear  theory  and  provides  insight  into  the  underlying  physics  behind  their  emergence.  Specifically,  the  study  reports  energy  transfer  between  frequencies  through  harmonic  generation,  self-demodulation,  and  wave  mixing,  propagation  of  localized  traveling  waves  in  the  form  of  stegotons,  energy  localization  through  acoustic  resonances,  and  generation  of  eigenstrains  from  memory-dependent  responses.  These  properties  are  further  exploited  to  demonstrate  novel  wave  propagation  control  via  tunable  vibration  filtering,  tunable  spectral  energy  transfer,  broadband  nonreciprocal  wave  propagation,  adaptive  energy  absorption,  compact  energy  propagation,  and  acoustically-governed  programmability,  and  surface  reconfigurability.  Preliminary  measurements  suggest  that  complex  mechanisms  at  rough  contacts  such  as  nonlinear  normal  force-displacement  relationship  due  to  asperity  deformation,  and  eigenstrain  generation  and  energy  dissipation  due  to  interface  sliding  in  a  physical  system  may  be  captured  through  ultrasonic  measurements.  Overall,  this  dissertation  offers  a  new  perspective  on  the  potential  of  nonlinear  continuum  phononic  materials  with  local  nonlinearity  for  wave  control  and  manipulation,  which  could  have  significant  implications  for  enhancing  structural  integrity  and  innovations  in  acoustic  technology.
■590    ▼aSchool  code:  0090.
■650  4▼aCondensed  matter  physics
■650  4▼aMechanics
■650  4▼aMechanical  engineering
■650  4▼aElectromagnetics
■653    ▼aNonlinear  waves
■653    ▼aPhononic  materials
■653    ▼aContact  nonlinearity
■653    ▼aRough  contacts
■653    ▼aFriction
■653    ▼aEigenstrains
■690    ▼a0548
■690    ▼a0346
■690    ▼a0611
■690    ▼a0607
■71020▼aUniversity  of  Illinois  at  Urbana-Champaign▼bMechanical  Sci  &  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-03B.
■790    ▼a0090
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2023
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17365928▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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