Nonlinear free vibration of microbeams made of functionally graded materials (FGMs) is investigated in this paper based on the modified couple stress theory and von Kármán geometric nonlinearity. The non-classical beam model is developed within the framework of Timoshenko beam theory which contains a material length scale parameter related to the material microstructures. The material properties of FGMs are assumed to be graded in the thickness direction according to the power law function and are determined by Mori-Tanaka homogenization technique. The higher-order nonlinear governing equations and boundary conditions are derived by using the Hamilton principle. A numerical method that makes use of the differential quadrature method together with an iterative algorithm is employed to determine the nonlinear vibration frequencies of the FGM microbeams with different boundary conditions. The influences of the length scale parameter, material property gradient index, slenderness ratio, and end supports on the nonlinear free vibration characteristics of the FGM microbeams are discussed in detail. It is found that both the linear and nonlinear frequencies increase significantly when the thickness of the FGM microbeam is comparable to the material length scale parameter.

Abstract Phononic crystals (PCs) and metamaterials (MMs) can exhibit abnormal properties, even far beyond those found in nature, through artificial design of the topology or ordered structure of unit cells. This emerging class of materials has diverse application potentials in many fields. Recently, the concept of tunable PCs or MMs has been proposed to manipulate a variety of wave functions on demand. In this review, we survey recent developments in tunable and active PCs and MMs, including bandgap and bandgap engineering, anomalous behaviors of wave propagation, as well as tunable manipulation of waves based on different regulation mechanisms: tunable mechanical reconfiguration and materials with multifield coupling. We conclude by outlining future directions in the emerging field.

Dynamic stability of microbeams made of functionally graded materials (FGMs) is investigated in this paper based on the modified couple stress theory and Timoshenko beam theory. This non-classical Timoshenko beam model contains a material length scale parameter and can interpret the size effect. The material properties of FGM microbeams are assumed to vary in the thickness direction and are estimated though Mori–Tanaka homogenization technique. The higher-order governing equations and boundary conditions are derived by using the Hamilton’s principle. The differential quadrature (DQ) method is employed to convert the governing differential equations into a linear system of Mathieu–Hill equations from which the boundary points on the unstable regions are determined by Bolotin’s method. Free vibration and static buckling are also discussed as subset problems. A parametric study is conducted to investigate the influences of the length scale parameter, gradient index and length-to-thickness ratio on the dynamic stability characteristics of FGM microbeams with hinged–hinged and clamped–clamped end supports. Results show that the size effect on the dynamic stability characteristics is significant only when the thickness of beam has a similar value to the material length scale parameter.

This paper investigates the nonlinear vibration of the piezoelectric nanobeams based on the nonlocal theory and Timoshenko beam theory. The piezoelectric nanobeam is subjected to an applied voltage and a uniform temperature change. The nonlinear governing equations and boundary conditions are derived by using the Hamilton principle and discretized by using the differential quadrature (DQ) method. A direct iterative method is employed to determine the nonlinear frequencies and mode shapes of the piezoelectric nanobeams. A detailed parametric study is conducted to study the influences of the nonlocal parameter, temperature change and external electric voltage on the size-dependent nonlinear vibration characteristics of the piezoelectric nanobeams.

Abstract Exceptional point (EP), a special degeneracy in non‐Hermitian systems, has exhibited various distinctive wave characteristics. However, the conventional synthesis of scattering EPs in acoustics is confined to rather limited methods for breaking Hermiticity, typically requiring intrinsic losses or open interfaces. Here, the concept of synthesizing scattering EPs is theoretically and experimentally demonstrated by leveraging a metasurface with fluid‐solid interaction (FSI) in water. The incorporation of FSI offers a novel mechanism to customize natural radiation losses. Simulations and experiments consistently confirm that synthesized EPs result in extremely asymmetric scattering patterns, even in the case of spatially impenetrable metasurfaces. This enhanced spatial symmetry breaking benefits from the FSI on the interface and the nonlocal interaction between unit cells. The proposed non‐Hermitian framework, involving the interplay of sound in fluids and solids, is expected to open up new possibilities for exploring unique non‐Hermitian physics and underwater acoustic applications.