Negative refraction of elastic waves has been studied and experimentally demonstrated in three- and two-dimensional phononic crystals, but Bragg scattering is impractical for low-frequency wave control because of the need to scale the structures to manageable sizes. Here we present an elastic metamaterial with chiral microstructure made of a single-phase solid material that aims to achieve subwavelength negative refraction of elastic waves. Both negative effective mass density and modulus are observed owing to simultaneous translational and rotational resonances. We experimentally demonstrate negative refraction of the longitudinal elastic wave at the deep-subwavelength scale in the metamaterial fabricated in a stainless steel plate. The experimental measurements are in good agreement with numerical simulations. Moreover, wave mode conversion related with negative refraction is revealed and discussed. The proposed elastic metamaterial may thus be used as a flat lens for elastic wave focusing. Acoustic metamaterials passively manipulate sound waves propagating through them, which is attractive for applications. Zhu et al.present a single-phase metamaterial based on a microstructure with simultaneous translational and rotational resonances, enabling negative refraction at deep-subwavelength scales.

In this letter, an elastic metamaterial which exhibits simultaneously negative effective mass density and bulk modulus is presented with a single unit structure made of solid materials. The double-negative properties are achieved through a chiral microstructure that is capable of producing simultaneous translational and rotational resonances. The negative effective mass density and effective bulk modulus are numerically determined and confirmed by the analysis of wave propagation. The left-handed wave propagation property of this metamaterial is demonstrated by the negative refraction of acoustic waves.

A mass–spring system with negative effective mass is experimentally realized, and its transmission property is examined in the low-frequency range. The local resonance of the basic unit is observed and explained by Newton's theory. The negative effective mass is confirmed by experiments through the transmission properties of a finite periodic system composed of such basic units. In the negative mass range, low transmissions of the system are observed and it is well predicted by the theory. In addition, zero effective mass is discussed and experimentally investigated, which gives rise to no phase shifts in the system. Finally, the anti-vibration effect with a negative mass system is also analyzed. The relevant results are helpful for a better understanding of the resonant nature of metamaterials.

Performance of classic sound absorbing materials strictly depends on their thickness, with a minimum of one-quarter wavelength to reach full sound absorption. In this paper, we report ultrathin sound absorbing panels that completely absorb sound energy with a thickness around one percent of wavelength. The strategy is to bend and coil up quarter-wavelength sound damping tubes into 2D coplanar ones, and embed them into a matrix to form sound absorbing panel. Samples have been designed and fabricated by 3D printing. Efficacies of sound absorption by these panels were validated through good agreement between theoretical analysis and experimental measurements.

Complex fabrication process and expensive materials have restricted the development of smart three-dimensional (3D) lightweight structures, which are expected to possess self-shaping, self-folding and self-unfolding performances. Here we present a simple approach to fabricate smart lightweight structures by triggering shape transformation from thin printed composite sheets. The release of the internal strain in printed polymer materials enables the printed composite sheet to keep flat under heating and transform into a designed 3D configuration when cooled down to room temperature. The 3D lightweight structure can be switched between flat and 3D configuration under appropriate thermal stimuli. Our work exploits uniform internal strain in printed materials as a controllable tool to fabricate smart 3D lightweight structures, opening an avenue for possible applications in engineering fields.

A 3D-printed digital metamaterial embedded with electromagnets is fabricated. Switching electromagnets between the attaching (1 bit) and detaching (0 bit) modes activates different waveguides in the metamaterial. The underlying mechanism is investigated theoretically and experimentally. The hierarchical assemblies of unit cells, mimicking digital bits, allow programmable broadening of the bandgap of the metamaterial.

In order to explore the flexural behavior of a concrete sandwich panel under concentrated boundary conditions, based on Kirachhoff’s elastic thin plate theory in this paper, the geometric deformation, physical conditions, and equilibrium relationship of a sandwich panel are deduced by constructing the layered analysis model of the sandwich panel, the basic differential equation of the flexural deformation of the concrete sandwich thin plate is obtained, and the mathematical expression of the internal force and displacement under the boundary condition of concentrated support is given. Combined with an engineering example, the proposed calculation method is verified. The results show that, in the arrangement of reliable connectors for concrete sandwich panels, the concrete wythes bear the load while the contribution of the core layer to the bending capacity of the structure can be ignored. When subjected to a laterally distributed load, the sandwich panel mainly experiences out-of-plane bending deformation, and the bending normal stress in the concrete panel layer shows a linear non-uniform distribution along the thickness direction of the panel. The bending deformation performance and bearing efficiency of a concrete sandwich slab with the change in concentrated support position have significant effects, and the load transfer efficiency can be improved by optimizing the arrangement of supports. Except for small local areas near the supports, the bending stress distribution and deformation behavior of the concrete sandwich panel can be accurately analyzed by the calculation method established in this paper.