<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Mater.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Materials</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Mater.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-8016</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fmats.2019.00074</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Materials</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Modeling Bloch Waves in Prestressed Phononic Crystal Plates</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Mazzotti</surname> <given-names>Matteo</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Bartoli</surname> <given-names>Ivan</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Miniaci</surname> <given-names>Marco</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/233038/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Civil, Architectural and Environmental Engineering Department, Drexel University</institution>, <addr-line>Philadelphia, PA</addr-line>, <country>United States</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Laboratory of Acoustics and Noise Control, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (EMPA)</institution>, <addr-line>D&#x000FC;bendorf</addr-line>, <country>Switzerland</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Nicola Maria Pugno, University of Trento, Italy</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Paolo S. Valvo, University of Pisa, Italy; Enrico Babilio, University of Naples Federico II, Italy</p></fn>
<corresp id="c001">&#x0002A;Correspondence: Marco Miniaci <email>marco.miniaci&#x00040;gmail.com</email></corresp>
<fn fn-type="other" id="fn001"><p>This article was submitted to Mechanics of Materials, a section of the journal Frontiers in Materials</p></fn></author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>24</day>
<month>04</month>
<year>2019</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2019</year>
</pub-date>
<volume>6</volume>
<elocation-id>74</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>13</day>
<month>01</month>
<year>2019</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>05</day>
<month>04</month>
<year>2019</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2019 Mazzotti, Bartoli and Miniaci.</copyright-statement>
<copyright-year>2019</copyright-year>
<copyright-holder>Mazzotti, Bartoli and Miniaci</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract><p>The study aims at investigating the effect of a generic state of prestress on the passbands and bandgaps of a phononic crystal plate. To this end, an Updated Lagrangian scheme is developed, consisting in a two-step procedure: first, a static geometrically nonlinear analysis of a representative unit cell undergoing the action of an applied external load is conducted and then the Floquet-Bloch decomposition is applied to the linearized equations of the acousto-elasticity for the unit cell in the deformed configuration. In addition, a formula for the calculation of the energy velocity is proposed. In the case of an epoxy plate with cylindrical steel inclusions, it is shown that, even in the presence of prestress inducing full reversible deformation state, the bandgap experiences a shift towards higher frequencies when the cell is subjected to a compressive prestress, whereas a frequency downshift is registered when the cell is subjected to traction. In particular, it is demonstrated that the frequency downshift of the bandgap for the phononic plate undergoing a tensile prestress is approximately 3.5% with respect to the case of the phononic plate under compression. The results presented herein provide insights in the behavior of phononic crystal plates with tunable dispersive properties, and suggest new leverages for wave manipulation valuable in many application fields such as wave filters, waveguiding and beam splitting, sensing devices, and vibration shielding.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>phononic crystals</kwd>
<kwd>prestress</kwd>
<kwd>Floquet-Bloch</kwd>
<kwd>energy velocity</kwd>
<kwd>acousto-elasticity</kwd>
<kwd>Comsol</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="4"/>
<table-count count="1"/>
<equation-count count="27"/>
<ref-count count="56"/>
<page-count count="9"/>
<word-count count="5791"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>The propagation of elastic waves in periodic structures is governed by the elastomorphic and material parameters of its unit cell (Kushwaha and Halevi, <xref ref-type="bibr" rid="B22">1994</xref>; Sainidou et al., <xref ref-type="bibr" rid="B42">2005</xref>). Properly conceiving their design in terms of size, shape, and arrangement, as well as choosing their density and elastic properties demonstrated great potential for attaining exceptional dynamic behavior, such as frequency bandgaps (Kushwaha and Halevi, <xref ref-type="bibr" rid="B22">1994</xref>; M&#x000E1;rtinez-Sala et al., <xref ref-type="bibr" rid="B25">1995</xref>; Liu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B24">2000</xref>; Miniaci et al., <xref ref-type="bibr" rid="B31">2018a</xref>), negative refraction (Morvan et al., <xref ref-type="bibr" rid="B34">2010</xref>; Zhu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B56">2014</xref>; Zhu and Semperlotti, <xref ref-type="bibr" rid="B54">2016</xref>), topological protection (Mousavi et al., <xref ref-type="bibr" rid="B35">2015</xref>; S&#x000FC;sstrunk and Huber, <xref ref-type="bibr" rid="B46">2015</xref>; Pal et al., <xref ref-type="bibr" rid="B38">2016</xref>; Miniaci et al., <xref ref-type="bibr" rid="B33">2018b</xref>), etc. This opened up new perspectives in many fields, ranging from microelectromechanical systems to nondestructive evaluation (Pennec et al., <xref ref-type="bibr" rid="B40">2010</xref>; Craster and Guenneau, <xref ref-type="bibr" rid="B12">2012</xref>; Deymier, <xref ref-type="bibr" rid="B13">2013</xref>), including but not limited to wave filters, waveguiding and beam splitting, sensing devices, wave splitters, vibration shielding, subwavelength imaging (Sukhovich et al., <xref ref-type="bibr" rid="B45">2009</xref>; Li et al., <xref ref-type="bibr" rid="B23">2015</xref>; Trainiti et al., <xref ref-type="bibr" rid="B47">2015</xref>; Colombi et al., <xref ref-type="bibr" rid="B10">2016</xref>; Miniaci et al., <xref ref-type="bibr" rid="B30">2016</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B29">2017</xref>; Su et al., <xref ref-type="bibr" rid="B44">2016</xref>; Miniaci et al., <xref ref-type="bibr" rid="B32">2019</xref>).</p>
<p>However, most of the configurations proposed so far are limited by the fact that their unconventional dynamic properties are accessible to specific frequencies only, once the unit cell design is conceived, being its geometrical and mechanical properties constant with respect to time. To overcome this limitation, periodic systems with adaptive elastic properties have received great attention in the recent years. Indeed, introducing an additional degree of freedom, enables the reversible tailoring of the dispersive diagram of the structure, considerably enhancing their functionality and technological applications. To achieve this goal, several approaches have been proposed and explored so far. They include active systems, such as piezoelectric materials (Casadei et al., <xref ref-type="bibr" rid="B6">2010</xref>; Bergamini et al., <xref ref-type="bibr" rid="B2">2014</xref>; Kherraz et al., <xref ref-type="bibr" rid="B21">2016</xref>), temperature (Jim et al., <xref ref-type="bibr" rid="B20">2009</xref>; Airoldi et al., <xref ref-type="bibr" rid="B1">2011</xref>; Cheng et al., <xref ref-type="bibr" rid="B8">2011</xref>; Wu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B51">2018</xref>) and magneto-based techniques (Robillard et al., <xref ref-type="bibr" rid="B41">2009</xref>; Matar et al., <xref ref-type="bibr" rid="B26">2012</xref>; Guo and Wei, <xref ref-type="bibr" rid="B19">2016</xref>; Zhang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B53">2017</xref>), actuated polymers via electromagnetic waves (Walker et al., <xref ref-type="bibr" rid="B48">2014</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B49">2017</xref>) as well as the application of an external mechanical load. Among them, the latter has shown to be particularly promising to achieve tunable dispersive properties. Bigoni et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B3">2008</xref>) formulated a theoretical model for an orthotropic, prestressed (compressible) elastic layer vibrating on an elastic half space assuming long-wave asymptotics for the solution. It was found that the influence of the prestress over bandgaps and passbands, so that it could be exploited as a tuning parameter to shift the dispersion curves of the system. A modeling tool for the prediction of controlled bandgap structures responding to flexural vibrations was provided by Gei et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B18">2009</xref>), also relaxing the hypothesis of perfect periodicity, allowing thus to consider quasi-periodic structures (Gei, <xref ref-type="bibr" rid="B17">2010</xref>). Wang and Bertoldi (<xref ref-type="bibr" rid="B50">2012</xref>) showed how mechanical deformations enabled the tuning of the phononic bandgaps in 3D periodic elastomeric structures. The ability of the elastomers to undergo small as well as large strain deformations guaranteed the reversibility and repeatability of the process. Both the linear and nonlinear regimes of elastic deformation were explored, including different geometrical topology for triggering mechanical instability. Galich et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B16">2016</xref>) showed how local deformations experienced by a composite structure can bring to local stiffening influencing the instability-induced interfaces on elastic wave propagation in finitely deformed layered materials. Finally, Norris and Parnell (<xref ref-type="bibr" rid="B37">2012</xref>) tried to exploit the effects of the prestress to theoretically show the feasibility of a hyperelastic cloaking via transformation elasticity.</p>
<p>In this paper, the effects of an applied mechanical load on the dispersive diagram for phononic crystal plates is investigated in the case of elastic deformations, so to have a complete reversibility of the phenomena. The paper is organized as follows: section 2 provides the description of an Updated Lagrangian scheme, in which a representative unit cell of the phononic crystal plate is studied in its static and dynamic deformed configurations. In section 3, the procedure to extract the band diagrams and in particular the energy velocity using the equations described in section 2 is detailed. Finally, section 4 investigates the effect of a reversible compressive and tensile state of prestress on an epoxy plate with cylindrical inclusions.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2. Floquet-Bloch Analysis of a Prestressed Phononic Crystal</title>
<sec>
<title>2.1. Static Analysis</title>
<p>In what follows, the equations of static and dynamic equilibrium are derived with reference to the generic infinite phononic crystal (PC) shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>, where <italic>C</italic><sub>0</sub> indicates the static undeformed configuration, <italic>C</italic> the static configuration resulting from the application of an external load, and <italic>C</italic>&#x02032; the dynamic configuration undergoing a harmonic motion. The so called Updated Lagrangian (UL) scheme is employed to analyze the PC in the three different equilibrium configurations. The UL approach consists of two steps: in the first step, <italic>C</italic><sub>0</sub> is used as the reference configuration to calculate the displacement and stress fields relative to the configuration <italic>C</italic>, while in the second step, <italic>C</italic> is used as the new reference configuration to evaluate the dynamic equilibrium of the unit cell in the configuration <italic>C</italic>&#x02032;.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>Schematic representation of the Updated Lagrangian (UL) scheme for the infinite phononic crystal (PC) plate.</p></caption>
<graphic xlink:href="fmats-06-00074-g0001.tif"/>
</fig>
<p>Due to the periodicity of the system under consideration, in the undeformed configuration <italic>C</italic><sub>0</sub> any scalar, vector or tensor function &#x003D5; satisfies the condition &#x003D5;(<bold>x</bold><sub>0</sub> &#x0002B; <bold>r</bold><sub>0</sub><bold>m</bold>) &#x0003D; &#x003D5;(<bold>x</bold><sub>0</sub>), where <bold>m</bold> &#x02208; &#x02124;<sup>2</sup> and <bold>r</bold><sub>0</sub> &#x0003D; [<bold>r</bold><sub>01</sub>, <bold>r</bold><sub>02</sub>] is the matrix of lattice vectors. This allows to restrict the computational domain to a unit cell of domain &#x003A9;<sub>0</sub> and boundary &#x02202;&#x003A9;<sub>0</sub> (Collet et al., <xref ref-type="bibr" rid="B9">2011</xref>; Mazzotti et al., <xref ref-type="bibr" rid="B28">2017</xref>). Similarly, the unit cell in the configuration <italic>C</italic> satisfies the periodic condition &#x003D5;(<bold>x</bold> &#x0002B; <bold>rm</bold>) &#x0003D; &#x003D5;(<bold>x</bold>), with <bold>r</bold> &#x0003D; [<bold>r</bold><sub>1</sub>, <bold>r</bold><sub>2</sub>]. For this cell, the mapping between the coordinates <inline-formula><mml:math id="M1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>01</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>03</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> of a material point in <italic>C</italic><sub>0</sub> and the coordinates <inline-formula><mml:math id="M2"><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> of the same point in <italic>C</italic> is established by the deformation gradient <bold>F</bold>(<bold>x</bold><sub>0</sub>) &#x0003D; &#x02207;<sub>0</sub><bold>x</bold> &#x0003D; <bold>I</bold> &#x0002B; &#x02207;<sub>0</sub><bold>u</bold><sub>0</sub>, where &#x02207;<sub>0</sub> denotes the gradient operator defined with respect to <italic>C</italic><sub>0</sub>, <bold>u</bold><sub>0</sub> is the pseudo-static displacement resulting from the application of external, &#x003A9;<sub>0</sub>-periodic, volume (<bold>f</bold><sub><italic>V</italic></sub>) and surface (<bold>t</bold><sub><italic>S</italic></sub>) loads. Following Zhang and Parnell (<xref ref-type="bibr" rid="B52">2017</xref>), the deformation gradient can be decomposed as <bold>F</bold>(<bold>x</bold><sub>0</sub>) &#x0003D; <bold>F</bold><sub><italic>L</italic></sub>(<bold>x</bold><sub>0</sub>)<bold>F</bold><sub><italic>P</italic></sub>(<bold>x</bold><sub>0</sub>), where <bold>F</bold><sub><italic>L</italic></sub> indicates the affine deformation gradient of the lattice points such that <bold>r</bold> &#x0003D; <bold>F</bold><sub><italic>L</italic></sub><bold>r</bold><sub>0</sub>, while <bold>F</bold><sub><italic>P</italic></sub> denotes a periodic non-affine deformation.</p>
<p>The specific material density of the unit cell in <italic>C</italic><sub>0</sub> is &#x003C1;<sub>0</sub>(<bold>x</bold><sub>0</sub>), while, assuming a hyperelastic material behavior described by the Murnaghan&#x00027;s model (Murnaghan et al., <xref ref-type="bibr" rid="B36">1937</xref>; Pau and Lanza di Scalea, <xref ref-type="bibr" rid="B39">2015</xref>; Dubuc et al., <xref ref-type="bibr" rid="B14">2017</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B15">2018</xref>), the tensor of tangential elastic moduli with respect to <italic>C</italic><sub>0</sub> is expressed by <inline-formula><mml:math id="M3"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>&#x003A8;</mml:mtext><mml:mo>/</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>C</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where the elastic energy density &#x003A8; has the form</p>
<disp-formula id="E2"><label>(1)</label><mml:math id="M5"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x003A8;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x003BB;</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>E</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>in which &#x003BB; and &#x003BC; denote the first and second Lam&#x000E9; parameters, respectively, (<italic>l</italic>, <italic>m</italic>, <italic>n</italic>) the third order Murnaghan parameters, <bold>C</bold> &#x0003D; <bold>F</bold><sup>T</sup><bold>F</bold> the right Cauchy-Green deformation tensor, <inline-formula><mml:math id="M6"><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>E</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>F</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>F</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>I</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the Green-Lagrange strain tensor and <italic>I</italic><sub>1</sub>(<bold>E</bold>), <italic>I</italic><sub>2</sub>(<bold>E</bold>), and <italic>I</italic><sub>3</sub>(<bold>E</bold>) its first, second and third invariants, respectively.</p>
<p>Finding the coordinates of the deformed configuration <italic>C</italic> and the associated stress fields requires the solution of a variational functional of the form (Bonet and Wood, <xref ref-type="bibr" rid="B4">2008</xref>)</p>
<disp-formula id="E3"><label>(2)</label><mml:math id="M7"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>S</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>E</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>f</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>subjected to the Dirichlet boundary conditions</p>
<disp-formula id="E4"><label>(3)</label><mml:math id="M8"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;on&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>in which &#x003B4;<bold>u</bold><sub>0</sub> is an arbitrary admissible kinematic variation of <bold>u</bold><sub>0</sub>(<bold>x</bold><sub>0</sub>), <bold>S</bold> &#x0003D; <bold>D</bold><sub>0</sub> : <bold>E</bold> the second Piola-Kirchhoff stress tensor and <bold>n</bold>(<bold>x</bold><sub>0</sub>) the outward pointing normal at <bold>x</bold><sub>0</sub> &#x02208; &#x02202;&#x003A9;<sub>0</sub>. The application of a standard Galerkin approach to Equation (2) results in the generalized system of equations</p>
<disp-formula id="E5"><label>(4)</label><mml:math id="M9"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>K</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <bold>K</bold>(<bold>Q</bold><sub>0</sub>) is a static stiffness matrix, <bold>P</bold><sub>0</sub> represents the global vector of nodal forces, <bold>Q</bold><sub>0</sub> denotes a global vector of independent nodal displacements and &#x00393;<sub>0</sub> is a mapping operator resulting from Equation (3) and realizing the condition <bold>U</bold><sub>0</sub> &#x0003D; &#x00393;<sub>0</sub><bold>Q</bold><sub>0</sub>, in which <bold>U</bold><sub>0</sub> indicates the full vector of nodal displacements. In this work, the solution of Equation (4) is carried out using the weak form module implemented in Comsol Multiphysics 5.3 (Comsol, <xref ref-type="bibr" rid="B11">2017</xref>).</p>
</sec>
<sec>
<title>2.2. Geometry and Mechanical Properties Updating</title>
<p>Once the set of independent static displacements <bold>Q</bold><sub>0</sub> is obtained, the reference configuration is updated from <italic>C</italic><sub>0</sub> to <italic>C</italic> by calculating the corresponding nodal coordinates <bold>x</bold> &#x0003D; <bold>x</bold><sub>0</sub> &#x0002B; &#x00393;<sub>0</sub><bold>Q</bold><sub>0</sub>(<bold>x</bold><sub>0</sub>). The updated material properties in <italic>C</italic> are given by <inline-formula><mml:math id="M10"><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo class="qopname">det</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>F</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M11"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">det&#x000A0;</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>F</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, while the Cauchy stress tensor is obtained from the relation &#x003C3; &#x0003D; (det <bold>F</bold>)<sup>&#x02212;1</sup><bold>FSF</bold><sup>T</sup>. The geometry of the unit cell in the configuration <italic>C</italic> is then re-meshed and used as the basis for the linear dynamic analysis presented in the next section.</p>
</sec>
<sec>
<title>2.3. Dynamic Analysis Using the Floquet-Bloch Decomposition</title>
<p>Assuming <italic>C</italic> as the new reference configuration, the position vector for the unit cell in the dynamic deformed configuration <italic>C</italic>&#x02032; is given by <bold>x</bold>&#x02032; &#x0003D; <bold>x</bold> &#x0002B; <bold>u</bold>(<bold>x</bold>, <italic>t</italic>), where <bold>u</bold>(<bold>x</bold>, <italic>t</italic>) &#x0003D; <bold>u</bold>(<bold>x</bold>)exp(&#x02212;i&#x003C9;<italic>t</italic>) is a time-harmonic perturbation superimposed on <italic>C</italic>, being <italic>t</italic> the time and &#x003C9; the angular frequency. In the rest of the paper, the time-dependence exp(&#x02212;i&#x003C9;<italic>t</italic>) is dropped for conciseness. According to the small-on-large displacement hypotheses usually assumed in acousto-elasticity (Mazzotti et al., <xref ref-type="bibr" rid="B27">2012</xref>; Pau and Lanza di Scalea, <xref ref-type="bibr" rid="B39">2015</xref>; Shim et al., <xref ref-type="bibr" rid="B43">2015</xref>), only small perturbations <bold>u</bold>(<bold>x</bold>, <italic>t</italic>) are considered. In this case, the approximations <bold>x</bold>&#x02032; &#x02248; <bold>x</bold> and <italic>C</italic>&#x02032; &#x02248; <italic>C</italic> hold and any displacement-dependent vector and tensor field can be obtained in a linearized incremental form. Following this procedure, the stress tensor is linearized in the direction of <bold>u</bold>(<bold>x</bold>, <italic>t</italic>) by applying a first order Taylor series expansion of &#x003C3;(<bold>x</bold>) about <bold>x</bold>, resulting in (Mazzotti et al., <xref ref-type="bibr" rid="B27">2012</xref>)</p>
<disp-formula id="E6"><label>(5)</label><mml:math id="M12"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02297;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M13"><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the linearized Green-Lagrange strain tensor.</p>
<p>From the application of the Floquet-Bloch theorem, any small harmonic perturbation <bold>u</bold>(<bold>x</bold>) can be expressed in the form (Collet et al., <xref ref-type="bibr" rid="B9">2011</xref>)</p>
<disp-formula id="E7"><label>(6)</label><mml:math id="M14"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">exp</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">i</mml:mtext><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>k</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>in which <inline-formula><mml:math id="M15"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a &#x003A9;-periodic displacement amplitude and <bold>k</bold> &#x02208; &#x0039B; is the Bloch wavenumber vector, being &#x0039B; the reciprocal unit cell defined in <italic>C</italic> by the reciprocal lattice vector basis <bold>g</bold><sub><italic>j</italic></sub>, <italic>j</italic> &#x0003D; 1, 2, satisfying the condition <bold>r</bold><sub><italic>i</italic></sub> &#x000B7; <bold>g</bold><sub><italic>j</italic></sub> &#x0003D; 2&#x003C0;&#x003B4;<sub><italic>ij</italic></sub>, where &#x003B4;<sub><italic>ij</italic></sub> is the Kronecker delta. These are related to the reciprocal lattice vector basis <bold>g</bold><sub>0<italic>j</italic></sub> in <italic>C</italic><sub>0</sub> by <inline-formula><mml:math id="M16"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>g</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>F</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>g</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <italic>j</italic> &#x0003D; 1, 2 (Zhang and Parnell, <xref ref-type="bibr" rid="B52">2017</xref>). In the reciprocal lattice domain, the Bloch wavenumber vector is described in terms of its orientation angle &#x003D1; as <bold>k</bold>(&#x003D1;) &#x0003D; <italic>k</italic><bold>&#x003A6;</bold>(&#x003D1;), where &#x003D1; is defined with respect to <bold>g</bold><sub>1</sub>, <italic>k</italic> &#x0003D; &#x02016;<bold>k</bold>(&#x003D1;)&#x02016;<sub>2</sub> and <bold>&#x003A6;</bold>(&#x003D1;) &#x0003D; {cos&#x003D1;, sin&#x003D1;, 0}<sup>T</sup>. The relation between the orientation vector in <italic>C</italic><sub>0</sub> and <italic>C</italic> writes <inline-formula><mml:math id="M17"><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>F</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>From Equation (6), and by defining the <italic>k</italic>-shifted gradient of a generic &#x003A9;-periodic vector field <inline-formula><mml:math id="M18"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> as</p>
<disp-formula id="E8"><label>(7)</label><mml:math id="M19"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>k</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02297;</mml:mo><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>the solution of the elastodynamic problem for free vibrations of the unit cell in <italic>C</italic> subjected to an initial stress &#x003C3;<sub>0</sub> can be obtained from the variational statement</p>
<disp-formula id="E9"><label>(8)</label><mml:math id="M20"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>k</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>k</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd columnalign="left"><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>k</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>k</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>subjected to the Dirichlet boundary condition</p>
<disp-formula id="E10"><label>(9)</label><mml:math id="M21"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>r</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;on</mml:mtext><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>in which (&#x000B7;)<sup>&#x0002A;</sup> stands for the conjugate of a complex vector or tensor field, <inline-formula><mml:math id="M22"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>k</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>k</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>k</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> follows from Equation (7) and <bold>n</bold>(<bold>x</bold>) represents the outpointing surface normal at <bold>x</bold> &#x02208; &#x02202;&#x003A9;. After the application of a Galerkin discretization scheme, Equations (8) and (9) lead to the following generalized linear eigenvalue problem</p>
<disp-formula id="E11"><label>(10)</label><mml:math id="M23"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>K</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext>i</mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>K</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>K</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>K</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x00393;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which forms the basis of the band structure analysis for the prestressed PC. In Equation (10), &#x00393; is a mapping operator implementing the Dirichlet boundary condition in Equation (9) such that <inline-formula><mml:math id="M24"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>U</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x00393;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is verified, where <inline-formula><mml:math id="M25"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>U</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the global vector of nodal displacement amplitudes and <inline-formula><mml:math id="M26"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Q</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> a subvector of <inline-formula><mml:math id="M27"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>U</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> collecting only its independent components. The mass operator <bold>M</bold> and the stiffness operators <bold>K</bold><sub>1</sub>, <bold>K</bold><sub>2</sub>, and <bold>K</bold><sub>3</sub> are given by</p>
<disp-formula id="E12"><label>(11)</label><mml:math id="M28"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>M</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>&#x022C3;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>N</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>N</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E13"><label>(12)</label><mml:math id="M29"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>K</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>&#x022C3;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>N</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>N</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E14"><label>(13)</label><mml:math id="M30"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>K</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>&#x022C3;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>N</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>H</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>H</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>N</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E16"><label>(14)</label><mml:math id="M32"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>K</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>&#x022C3;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>N</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>H</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>H</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>H</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>H</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>N</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

<p>where &#x003A9;<sup>(<italic>e</italic>)</sup> denotes the domain of the <italic>e</italic>-th finite element of the mesh, &#x022C3;<sub><italic>e</italic></sub>(&#x000B7;) stands for the standard direct stiffness assembling procedure, <bold>N</bold>(<bold>x</bold>) is a matrix of shape functions for the <italic>e</italic>-th element, &#x003A3;<sub>0</sub>(<bold>x</bold>) is a block-diagonal matrix of the form</p>
<disp-formula id="E17"><label>(15)</label><mml:math id="M33"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A3;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mn>0</mml:mn></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>while the different compatibility operators are expressed as</p>
<disp-formula id="E18"><label>(16)</label><mml:math id="M34"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>H</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E19"><label>(17)</label><mml:math id="M35"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>H</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>z</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>being <bold>z</bold><sub><italic>i</italic></sub> a unit vector identifying the <italic>i</italic>-th coordinate in the Cartesian frame of reference. The operators <bold>L</bold><sub><italic>i</italic></sub> and <bold>L</bold><sub>0<italic>i</italic></sub> are given in the Appendix. It should be noted that, since the mass and stiffness matrices in Equations (11)&#x02013;(14) are evaluated with respect to the deformed configuration <italic>C</italic>, a new mesh for the deformed geometry of the unit cell needs to be generated after the static analysis described in section 2.1 has been completed and before the eigenvalue analysis is carried out.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3. Band Structure Analysis and Energy Velocity Extraction</title>
<p>The homogeneous problem in Equation (10) can be solved in the wavenumber <italic>k</italic>(&#x003D1;, &#x003C9;) and corresponding Floquet eigenvectors <inline-formula><mml:math id="M36"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>Q</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for any fixed direction &#x003D1; and circular frequency &#x003C9; &#x02208; &#x0211D;, &#x003C9; &#x0003E; 0, from which the band structures of the propagation and attenuation constants of a specific mode <italic>m</italic> are obtained by taking the real and imaginary components of the corresponding wavenumber <italic>k</italic><sub><italic>m</italic></sub>(&#x003D1;, &#x003C9;), respectively. For the particular case of a lossless structure (Im(<bold>D</bold>) &#x0003D; 0) immersed in vacuum, the modes supported by the crystal can be either propagative (Im(<italic>k</italic>) &#x0003D; 0) or evanescent (Re(<italic>k</italic>) &#x0003D; 0), the latter belonging to the so called deaf frequency range (bandgap).</p>
<p>In addition to the Bloch wavenumber <italic>k</italic>(&#x003D1;, &#x003C9;), from the computed set of solutions (<italic>k</italic><sub><italic>m</italic></sub>(&#x003D1;, &#x003C9;), <bold>Q</bold><sub><italic>m</italic></sub>(&#x003D1;, &#x003C9;)) it is possible to extract the band structure of the energy velocity, which corresponds to the velocity of propagation of packets of waves having close central frequency (Brillouin, <xref ref-type="bibr" rid="B5">1953</xref>; Mazzotti et al., <xref ref-type="bibr" rid="B27">2012</xref>). The energy velocity of a specific Bloch mode can be found as the ratio between the time-averaged energy flux in the direction &#x003D1; over one period <italic>T</italic> &#x0003D; 2&#x003C0;/&#x003C9; and the time-averaged total mechanical energy over the same period, i.e.</p>
<disp-formula id="E20"><label>(18)</label><mml:math id="M37"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M38"><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='false'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the time-averaging operation, <inline-formula><mml:math id="M200"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi></mml:math></inline-formula>(&#x003D1;, &#x003C9;) denotes the total energy flux along the orientation &#x003D1; of the Bloch wavenumber <italic>k</italic>, <inline-formula><mml:math id="M250"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi></mml:math></inline-formula>(&#x003D1;, &#x003C9;) indicates the total kinetic energy while <inline-formula><mml:math id="M253"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">W</mml:mi></mml:math></inline-formula>(&#x003D1;, &#x003C9;) and <inline-formula><mml:math id="M257"><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">W</mml:mi></mml:math></inline-formula><sub>&#x003C3;<sub>0</sub></sub>(&#x003D1;, &#x003C9;) represent the total stored elastic energy related to the harmonic motion and prestress, respectively. The time-averaged expressions for these quantities are given by</p>
<disp-formula id="E21"><label>(19)</label><mml:math id="M39"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">I</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>Im</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">d</mml:mtext><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E22"><label>(20)</label><mml:math id="M40"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">K</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>Re</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">d</mml:mtext><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E23"><label>(21)</label><mml:math id="M41"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>Re</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>k</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>D</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>k</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">d</mml:mtext><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E25"><label>(22)</label><mml:math id="M43"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="-tex-caligraphic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>Re</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>k</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>T</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>k</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>u</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>x</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">d</mml:mtext><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

<p>Equation (18) can be evaluated at any given solution <italic>k</italic><sub><italic>m</italic></sub>(&#x003D1;, &#x003C9;) by means of a Gauss quadrature scheme over the finite element mesh of the unit cell in the configuration <italic>C</italic>, in which the displacement, strain and stress fields can be post-processed from <bold>Q</bold><sub><italic>m</italic></sub>(&#x003D1;, &#x003C9;) using nodal interpolations.</p>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4. Numerical Applications: Epoxy Plate With Cylindrical Steel Inclusions</title>
<p>The numerical method presented in the previous section is here applied to study a PC plate made of steel cylinders embedded in an epoxy matrix. In the undeformed configuration, the plate is 2.5 mm thick, while the cylindrical inclusions have a radius of 3.0 mm and are arranged in a square lattice of 10.0 mm side length, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2A</xref>. The material properties for the steel and the epoxy are reported in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>Unit cell of steel cylinders embedded in an epoxy matrix: undeformed geometry <bold>(A)</bold> and deformed geometry corresponding to isotropic traction <bold>(B)</bold> and compression <bold>(C)</bold>. The deformation scale is amplified of 20 times.</p></caption>
<graphic xlink:href="fmats-06-00074-g0002.tif"/>
</fig>
<table-wrap position="float" id="T1">
<label>Table 1</label>
<caption><p>Material constants for the steel and the epoxy.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead><tr>
<th/>
<th valign="top" align="center"><bold>&#x003C1;<sub>0</sub> [kg/m<sup>3</sup>]</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>&#x003BB; [Gpa]</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>&#x003BC; [Gpa]</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>l</italic> [Gpa]</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>m</italic> [Gpa]</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>n</italic> [Gpa]</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">Steel, Zhu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B55">2014</xref></td>
<td valign="top" align="center">7,700</td>
<td valign="top" align="center">153.66</td>
<td valign="top" align="center">79.16</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;248</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;623</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;714</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">Epoxy, Cattani and Rushchitsky, <xref ref-type="bibr" rid="B7">2007</xref></td>
<td valign="top" align="center">1,540</td>
<td valign="top" align="center">2.59</td>
<td valign="top" align="center">1.34</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;18.94</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;13.36</td>
<td valign="top" align="center">&#x02212;9.81</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>To study how an initial state of stress affects the passbands and bandgaps of the PC plate, two different deformed configuration are considered. In the first configuration, the plate is subjected to a state of compressive stress representative of a normal displacement <bold>u</bold><sub>0</sub>(<bold>x</bold><sub>0</sub>) &#x000B7; <bold>n</bold><sub>0</sub>(<bold>x</bold><sub>0</sub>) &#x0003D; &#x02212;0.025 mm applied at each point <bold>x</bold><sub>0</sub> belonging to a lateral face of the unit cell. In the second case, a generic tensile state is applied by assuming a normal displacement <bold>u</bold><sub>0</sub>(<bold>x</bold><sub>0</sub>) &#x000B7; <bold>n</bold><sub>0</sub>(<bold>x</bold><sub>0</sub>) &#x0003D; 0.025 mm for each point <bold>x</bold><sub>0</sub> belonging to a lateral face of the unit cell. <xref ref-type="fig" rid="F2">Figures 2B,C</xref> report the von Mises stress consequent to the compression and tension prestress condition, respectively. It is worth noticing that the maximum magnitude of the applied prestretch has been limited to the typical strength at yield of both epoxy and steel in order to ensure the elastic behavior of the materials. This choice enables a full reversibility of the undeformed configuration, and thus of the dispersive behavior of the PC plate, once the load is removed, which is of more practical interest with respect to the case of a permanently induced deformation.</p>
<p>The band diagrams in terms of wavenumber <italic>k</italic> and energy velocity <italic>c</italic><sub><italic>e</italic></sub> versus frequency are shown in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>. In these diagrams, the blue and red dots denote the dispersion curves relative to the unit cell subjected to the compressive stress and tensile stress shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figures 2B</xref>,<xref ref-type="fig" rid="F2">C</xref>, respectively. It should be noted that, since the deformation due to prestress applied to each face of the cell is isotropic in the <italic>xy</italic>-plane in both cases, the deformation gradient <bold>F</bold> and its affine component <bold>F</bold><sub><italic>L</italic></sub> are diagonal and, as a consequence, the orientation of the reciprocal lattice vectors <bold>g</bold><sub><italic>j</italic></sub> in the deformed configurations does not change with respect to that in the deformed configuration. This implies that the orientation angle &#x003B8; of the Bloch wavevector also remains unchanged between the undeformed and deformed configurations. The results presented in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref> have been obtained for an angle &#x003B8; &#x0003D; 0 measured with respect to <bold>g</bold><sub>01</sub> and <bold>g</bold><sub>1</sub>. In classical Bloch analysis, this angle corresponds to the &#x00393; &#x02212; <italic>X</italic> direction of the irreducible Brillouin zone.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>Band diagrams of the wavenumber <italic>k</italic> <bold>(Left)</bold> and energy velocity <italic>c</italic><sub><italic>e</italic></sub> <bold>(Right)</bold> versus frequency for the PC plate under isotropic compression and isotropic traction reported in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figures 2B,C</xref>, respectively.</p></caption>
<graphic xlink:href="fmats-06-00074-g0003.tif"/>
</fig>
<p>From the dispersion analysis of the undeformed unit cell, it can be found that, at frequencies below 110 kHz, only one bandgap is present along the direction &#x003D1; &#x0003D; 0, which is located in the [68.3&#x02013;88.6] kHz frequency range (see <xref ref-type="fig" rid="A1">Figure A1</xref> in Appendix B). This result, which has not been reported in the <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref> for the sake of clarity, can be readily obtained by carrying out the analysis of sections 2.3 and 3 on the undeformed geometry and by setting &#x003C3;<sub>0</sub> &#x0003D; <bold>0</bold> in Equation (15). However, when the cell is subjected to a compressive stress as shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2B</xref>, the bandgap experiences a shift towards higher frequencies, being it located, in this case, in the [70.7 &#x02212; 87.3] kHz frequency range. On the other hand, when the cell is subjected to traction, the lower bound of the bandgap is observed at 68.3 kHz while its upper bound at 84.3 kHz, which corresponds to a frequency downshift of approximately 3.5% of the bandgap with respect to the case of the PC plate under compression. These results suggest that, even in the elastic regime, a deformation due to prestress can lead to significant changes in the passband and bandgap behavior.</p>
<p>Furthermore, looking at the behavior of the energy velocity for the two deformed configurations, it is possible to infer that, similarly to the case of homogeneous plates (Pau and Lanza di Scalea, <xref ref-type="bibr" rid="B39">2015</xref>), a generic state of compression leads to an increase of the energy velocity, whereas a state of traction leads, in general, to its decrease. This situation can be readily deduced from the inspection of the energy velocity band diagrams in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>, from which it can be noted that the largest variations take place in proximity of the cutoff frequencies. Moreover, in the case of prestressed homogeneous plates (Dubuc et al., <xref ref-type="bibr" rid="B14">2017</xref>), characteristic spikes in the energy velocity dispersion curves appear due to mode coupling. This behavior can also be observed for the third fundamental mode at around 36 kHz when the PC plate is subjected to a compression.</p>
<p>Finally, in the case of the PC plate under compression, it is possible to observe the presence of a cutoff wavenumber for the first fundamental mode at about 108 rad/m and null frequency. This value can be derived by solving the eigenvalue problem reported in Equation (10) in <italic>k</italic>(&#x003D1;) by imposing &#x003C9; &#x0003D; 0. In this case, the eigenvalue problem corresponds to that of the buckling load and, consequently, the lowest eigenvalue (the cutoff wavenumber) corresponds to a bifurcation point that indicates the onset of buckling for the infinite PC plate. It should be noted that the specific value of the cutoff wavenumber depends on the magnitude and distribution of the compressive stress in the PC.</p>
</sec>
<sec sec-type="conclusions" id="s5">
<title>5. Conclusions</title>
<p>An Updated Lagrangian computational scheme has been presented for the calculation of the band diagrams of phononic crystal plates subjected to a generic state of prestress. The scheme involves the solution of a geometrically nonlinear static problem for a representative unit cell and the application of the Floquet-Bloch theorem to the linearized equations of acousto-elasticity on the deformed configuration of the unit cell undergoing the static load. For the case of an epoxy plate with cylindrical steel inclusions, it has been demonstrated that the existence of a prestress state of compression or tension can lead to significant changes in the passbands and bandgaps of a phononic crystal plate, even in the case of prestress inducing full reversible deformation state, which is of more practical interest with respect to the case of a permanently induced deformation. It has been observed that when the cell is subjected to a compressive stress, the bandgap experiences a shift toward higher frequencies, whereas when the cell is subjected to traction, we observe a frequency downshift of approximately the 3.5% of the bandgap with respect to the case of the phononic plate under compression. Similarly to the case of homogeneous plates, a generic state of compression leads to an increase of the energy velocity, whereas a state of traction tends to lower its value. The largest variations have been observed in proximity of the cutoff frequencies. Characteristic spikes in the energy velocity dispersion curves appear due to mode coupling for the third fundamental mode at around 36 kHz when the phononic plate is subjected to a compression.</p>
<p>The results presented herein provide insights in the behavior of phononic crystal plates with tunable dispersive properties, and suggest new leverages for wave manipulation valuable in many application fields such as wave filters, waveguiding and beam splitting, sensing devices, and vibration shielding.</p>
</sec>
<sec id="s6">
<title>Author Contributions</title>
<p>MMa and MMi conceived the idea and wrote the first draft of the paper. MMa performed numerical calculations. All the authors discussed the manuscript.</p>
<sec>
<title>Conflict of Interest Statement</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest. The handling editor declared a past co-authorship with MMa.</p>
</sec>
</sec>
</body>
<back>
<ack><p>MMi has received funding from the European Union&#x00027;s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Sk&#x00142;odowska-Curie grant agreement N. 754364.</p>
</ack>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Airoldi</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Ruzzene</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Design of tunable acoustic metamaterials through periodic arrays of resonant shunted piezos</article-title>. <source>New J. Phys.</source> <volume>13</volume>:<fpage>113010</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1367-2630/13/11/113010</pub-id></citation></ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bergamini</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Delpero</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>De Simoni</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Di Lillo</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Ruzzene</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Ermanni</surname> <given-names>P.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Phononic crystal with adaptive connectivity</article-title>. <source>Adv. Mater.</source> <volume>26</volume>, <fpage>1343</fpage>&#x02013;<lpage>1347</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/adma.201305280</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">24734298</pub-id></citation></ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bigoni</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Gei</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Movchan</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Dynamics of a prestressed stiff layer on an elastic half space: filtering and band gap characteristics of periodic structural models derived from long-wave asymptotics</article-title>. <source>J. Mech. Phys. Solids</source> <volume>56</volume>, <fpage>2494</fpage>&#x02013;<lpage>2520</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmps.2008.02.007</pub-id></citation></ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bonet</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Wood</surname> <given-names>R. D.</given-names></name></person-group> (<year>2008</year>). <source>Nonlinear Continuum Mechanics for Finite Element Analysis</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Brillouin</surname> <given-names>L.</given-names></name></person-group> (<year>1953</year>). <source>Wave Propagation in Periodic Structures: Electric Filters and Crystal Lattices, 2nd Edn</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Dover Publications (1953)</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Casadei</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Ruzzene</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Dozio</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Cunefare</surname> <given-names>K. A.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Broadband vibration control through periodic arrays of resonant shunts: experimental investigation on plates</article-title>. <source>Smart Mater. Struct.</source> <volume>19</volume>:<fpage>015002</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/0964-1726/19/1/015002</pub-id></citation></ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cattani</surname> <given-names>C.</given-names></name> <name><surname>Rushchitsky</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>2007</year>). <source>Wavelet and Wave Analysis as Applied to Materials with Micro or Nanostructure</source>. <publisher-loc>Singapore</publisher-loc>: <publisher-name>World Scientific</publisher-name>.</citation></ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cheng</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>X. J.</given-names></name> <name><surname>Wu</surname> <given-names>D. J.</given-names></name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Temperature effects on the band gaps of lamb waves in a one-dimensional phononic-crystal plate (l)</article-title>. <source>J. Acoust. Soc. Am.</source> <volume>129</volume>, <fpage>1157</fpage>&#x02013;<lpage>1160</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1121/1.3543970</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21428478</pub-id></citation></ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Collet</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Ouisse</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Ruzzene</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Ichchou</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Floquet-bloch decomposition for the computation of dispersion of two-dimensional periodic, damped mechanical systems</article-title>. <source>Int. J. Solids Struct.</source> <volume>48</volume>, <fpage>2837</fpage>&#x02013;<lpage>2848</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijsolstr.2011.06.002</pub-id></citation></ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Colombi</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Colquitt</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Roux</surname> <given-names>P.</given-names></name> <name><surname>Guenneau</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Craster</surname> <given-names>R. V.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>A seismic metamaterial: the resonant metawedge</article-title>. <source>Sci. Rep.</source> <volume>6</volume>:<fpage>27717</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/srep27717</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">27283587</pub-id></citation></ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><collab>Comsol</collab></person-group> (<year>2017</year>). <source>Comsol Multiphysics 5.3</source>. Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.comsol.com/">https://www.comsol.com/</ext-link></citation></ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Craster</surname> <given-names>R. V.</given-names></name> <name><surname>Guenneau</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <source>Acoustic Metamaterials: Negative Refraction, Imaging, Lensing and Cloaking</source>. Springer Series in Materials Science. <publisher-loc>London</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2012</year>).</citation></ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Deymier</surname> <given-names>P. A.</given-names></name></person-group> (<year>2013</year>). <source>Acoustic Metamaterials and Phononic Crystals, Springer Series in Solid-State Sciences</source>. <publisher-loc>Berlin; Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2013</year>).</citation></ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dubuc</surname> <given-names>B.</given-names></name> <name><surname>Ebrahimkhanlou</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Salamone</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>The effect of applied stress on the phase and group velocity of guided waves in anisotropic plates</article-title>. <source>J. Acoust. Soc. Am.</source> <volume>142</volume>, <fpage>3553</fpage>&#x02013;<lpage>3563</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1121/1.5016969</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29289065</pub-id></citation></ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dubuc</surname> <given-names>B.</given-names></name> <name><surname>Ebrahimkhanlou</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Salamone</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Higher order longitudinal guided wave modes in axially stressed seven-wire strands</article-title>. <source>Ultrasonics</source> <volume>84</volume>, <fpage>382</fpage>&#x02013;<lpage>391</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ultras.2017.12.003</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29245118</pub-id></citation></ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Galich</surname> <given-names>P.</given-names></name> <name><surname>Slesarenko</surname> <given-names>V.</given-names></name> <name><surname>Rudykh</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Elastic wave propagation in soft microstructured composites undergoing finite deformations</article-title>. <source>PAMM</source> <volume>16</volume>, <fpage>627</fpage>&#x02013;<lpage>628</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/pamm.201610302</pub-id></citation></ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gei</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Wave propagation in quasiperiodic structures: stop/pass band distribution and prestress effects</article-title>. <source>Int. J. Solids Struct.</source> <volume>47</volume>, <fpage>3067</fpage>&#x02013;<lpage>3075</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijsolstr.2010.07.008</pub-id></citation></ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gei</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Movchan</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Bigoni</surname> <given-names>D.</given-names></name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Band-gap shift and defect-induced annihilation in prestressed elastic structures</article-title>. <source>J. Appl. Phys.</source> <volume>105</volume>:<fpage>063507</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.3093694</pub-id></citation></ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Guo</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Wei</surname> <given-names>P.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Dispersion relations of elastic waves in one-dimensional piezoelectric/piezomagnetic phononic crystal with initial stresses</article-title>. <source>Ultrasonics</source> <volume>66</volume>, <fpage>72</fpage>&#x02013;<lpage>85</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ultras.2015.11.008</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26643068</pub-id></citation></ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jim</surname> <given-names>K. L.</given-names></name> <name><surname>Leung</surname> <given-names>C. W.</given-names></name> <name><surname>Lau</surname> <given-names>S. T.</given-names></name> <name><surname>Choy</surname> <given-names>S. H.</given-names></name> <name><surname>Chan</surname> <given-names>H. L. W.</given-names></name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Thermal tuning of phononic bandstructure in ferroelectric ceramic/epoxy phononic crystal</article-title>. <source>Appl. Phys. Lett.</source> <volume>94</volume>:<fpage>193501</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.3136752</pub-id></citation></ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kherraz</surname> <given-names>N.</given-names></name> <name><surname>Haumesser</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Levassort</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Benard</surname> <given-names>P.</given-names></name> <name><surname>Morvan</surname> <given-names>B.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Controlling bragg gaps induced by electric boundary conditions in phononic piezoelectric plates</article-title>. <source>Appl. Phys. Lett.</source> <volume>108</volume>:<fpage>093503</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4943138</pub-id></citation></ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kushwaha</surname> <given-names>M. S.</given-names></name> <name><surname>Halevi</surname> <given-names>P.</given-names></name></person-group> (<year>1994</year>). <article-title>Band gap engineering in periodic elastic composites</article-title>. <source>Appl. Phys. Lett.</source> <volume>64</volume>, <fpage>1085</fpage>&#x02013;<lpage>1087</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.110940</pub-id></citation></ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Li</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Wu</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Zhong</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Yao</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>X.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Acoustic beam splitting in two-dimensional phononic crystals using self-collimation effect</article-title>. <source>J. Appl. Phys.</source> <volume>118</volume>:<fpage>144903</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4932138</pub-id></citation></ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Liu</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Mao</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Zhu</surname> <given-names>Y. Y.</given-names></name> <name><surname>Yang</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Chan</surname> <given-names>C. T.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2000</year>). <article-title>Locally resonant sonic materials</article-title>. <source>Science</source> <volume>289</volume>, <fpage>1734</fpage>&#x02013;<lpage>1736</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.289.5485.1734</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10976063</pub-id></citation></ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>M&#x000E1;rtinez-Sala</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Sancho</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>S&#x000E1;nchez</surname> <given-names>J. V.</given-names></name> <name><surname>Gomez</surname> <given-names>V.</given-names></name> <name><surname>Llinares</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Meseguer</surname> <given-names>F.</given-names></name></person-group> (<year>1995</year>). <article-title>Sound attenuation by sculpture</article-title>. <source>Nature</source> <volume>378</volume>:<fpage>241</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/378241a0</pub-id></citation></ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Matar</surname> <given-names>O. B.</given-names></name> <name><surname>Robillard</surname> <given-names>J. F.</given-names></name> <name><surname>Vasseur</surname> <given-names>J. O.</given-names></name> <name><surname>Hladky-Hennion</surname> <given-names>A.-C.</given-names></name> <name><surname>Deymier</surname> <given-names>P. A.</given-names></name> <name><surname>Pernod</surname> <given-names>P.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2012</year>). <article-title>Band gap tunability of magneto-elastic phononic crystal</article-title>. <source>J. Appl. Phys.</source> <volume>111</volume>:<fpage>054901</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.3687928</pub-id></citation></ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mazzotti</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Marzani</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Bartoli</surname> <given-names>I.</given-names></name> <name><surname>Viola</surname> <given-names>E.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Guided waves dispersion analysis for prestressed viscoelastic waveguides by means of the safe method</article-title>. <source>Int. J. Solids Struct.</source> <volume>49</volume>, <fpage>2359</fpage>&#x02013;<lpage>2372</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijsolstr.2012.04.041</pub-id></citation></ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mazzotti</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Miniaci</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Bartoli</surname> <given-names>I.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Band structure analysis of leaky bloch waves in 2d phononic crystal plates</article-title>. <source>Ultrasonics</source> <volume>74</volume>, <fpage>140</fpage>&#x02013;<lpage>143</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ultras.2016.10.006</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">27776276</pub-id></citation></ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Miniaci</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Gliozzi</surname> <given-names>A. S.</given-names></name> <name><surname>Morvan</surname> <given-names>B.</given-names></name> <name><surname>Krushynska</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Bosia</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Scalerandi</surname> <given-names>M.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2017</year>). <article-title>Proof of concept for an ultrasensitive technique to detect and localize sources of elastic nonlinearity using phononic crystals</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>118</volume>:<fpage>214301</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.118.214301</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">28598644</pub-id></citation></ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Miniaci</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Krushynska</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Bosia</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Pugno</surname> <given-names>N. M.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Large scale mechanical metamaterials as seismic shields</article-title>. <source>N. J. Phys.</source> <volume>18</volume>:<fpage>083041</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1367-2630/18/8/083041</pub-id></citation></ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Miniaci</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Mazzotti</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Radzieski</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Kherraz</surname> <given-names>N.</given-names></name> <name><surname>Kudela</surname> <given-names>P.</given-names></name> <name><surname>Ostachowicz</surname> <given-names>W.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2018a</year>). <article-title>Experimental observation of a large low-frequency band gap in a polymer waveguide</article-title>. <source>Front. Mater.</source> <volume>5</volume>:<fpage>8</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fmats.2018.00008</pub-id></citation></ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Miniaci</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Pal</surname> <given-names>R. K.</given-names></name> <name><surname>Manna</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Ruzzene</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Valley based splitting of topologically protected helical waves in elastic plates</article-title>. <source>arXiv 1811.04814</source>.</citation></ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Miniaci</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Pal</surname> <given-names>R. K.</given-names></name> <name><surname>Morvan</surname> <given-names>B.</given-names></name> <name><surname>Ruzzene</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2018b</year>). <article-title>Experimental observation of topologically protected helical edge modes in patterned elastic plates</article-title>. <source>Phys. Rev. X</source> <volume>8</volume>:<fpage>031074</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevX.8.031074</pub-id></citation></ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Morvan</surname> <given-names>B.</given-names></name> <name><surname>Tinel</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Hladky-Hennion</surname> <given-names>A.-C.</given-names></name> <name><surname>Vasseur</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Dubus</surname> <given-names>B.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Experimental demonstration of the negative refraction of a transverse elastic wave in a two-dimensional solid phononic crystal</article-title>. <source>Appl. Phys. Lett</source>. <volume>96</volume>:<fpage>101905</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.3302456</pub-id></citation></ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mousavi</surname> <given-names>S. H.</given-names></name> <name><surname>Khanikaev</surname> <given-names>A. B.</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>Z.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Topologically protected elastic waves in phononic metamaterials</article-title>. <source>Nat. Comm.</source> <volume>6</volume>:<fpage>8682</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/ncomms9682</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26530426</pub-id></citation></ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Murnaghan</surname> <given-names>F. D.</given-names></name></person-group> (<year>1937</year>). <article-title>Finite deformations of an elastic solid</article-title>. <source>Amer. J. Math.</source> <volume>59</volume>, <fpage>235</fpage>&#x02013;<lpage>260</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2307/2371405</pub-id></citation></ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Norris</surname> <given-names>A. N.</given-names></name> <name><surname>Parnell</surname> <given-names>W. J.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Hyperelastic cloaking theory: transformation elasticity with pre-stressed solids</article-title>. <source>Proc. R. Soc. Lond. A</source> <volume>468</volume>, <fpage>2881</fpage>&#x02013;<lpage>2903</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rspa.2012.0123</pub-id></citation></ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pal</surname> <given-names>R. K.</given-names></name> <name><surname>Schaeffer</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Ruzzene</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Helical edge states and topological phase transitions in phononic systems using bi-layered lattices</article-title>. <source>J. Appl. Phys.</source> <volume>119</volume>:<fpage>084305</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4942357</pub-id></citation></ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pau</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Lanza di Scalea</surname> <given-names>F.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Nonlinear guided wave propagation in prestressed plates</article-title>. <source>J. Acoust. Soc. Am.</source> <volume>137</volume>, <fpage>1529</fpage>&#x02013;<lpage>1540</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1121/1.4908237</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25786963</pub-id></citation></ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pennec</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Vasseur</surname> <given-names>J. O.</given-names></name> <name><surname>Djafari-Rouhani</surname> <given-names>B.</given-names></name> <name><surname>Dobrzy&#x0015B;ki</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Deymier</surname> <given-names>P. A.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Two-dimensional phononic crystals: examples and applications</article-title>. <source>Surf. Sci. Rep.</source> <volume>65</volume>, <fpage>229</fpage>&#x02013;<lpage>291</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.surfrep.2010.08.002</pub-id></citation></ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Robillard</surname> <given-names>J.-F.</given-names></name> <name><surname>Matar</surname> <given-names>O. B.</given-names></name> <name><surname>Vasseur</surname> <given-names>J. O.</given-names></name> <name><surname>Deymier</surname> <given-names>P. A.</given-names></name> <name><surname>Stippinger</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname> Hladky-Hennion</surname> <given-names>A.-C.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2009</year>). <article-title>Tunable magnetoelastic phononic crystals</article-title>. <source>Appl. Phys. Lett.</source> <volume>95</volume>:<fpage>124104</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.3236537</pub-id></citation></ref>
<ref id="B42">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sainidou</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Stefanou</surname> <given-names>N.</given-names></name> <name><surname>Psarobas</surname> <given-names>I.</given-names></name> <name><surname>Modinos</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>A layer-multiple-scattering method for phononic crystals and heterostructures of such</article-title>. <source>Comput. Phys. Commun.</source> <volume>166</volume>, <fpage>197</fpage>&#x02013;<lpage>240</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cpc.2004.11.004</pub-id></citation></ref>
<ref id="B43">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Shim</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>P.</given-names></name> <name><surname>Bertoldi</surname> <given-names>K.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Harnessing instability-induced pattern transformation to design tunable phononic crystals</article-title>. <source>Int. J. Solids Struct.</source> <volume>58</volume>, <fpage>52</fpage>&#x02013;<lpage>61</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijsolstr.2014.12.018</pub-id></citation></ref>
<ref id="B44">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Su</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Norris</surname> <given-names>A. N.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Focusing, refraction, and asymmetric transmission of elastic waves in solid metamaterials with aligned parallel gaps</article-title>. <source>J. Acoust. Soc. Am.</source> <volume>139</volume>, <fpage>3386</fpage>&#x02013;<lpage>3394</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1121/1.4950770</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">27369165</pub-id></citation></ref>
<ref id="B45">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sukhovich</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Merheb</surname> <given-names>B.</given-names></name> <name><surname>Muralidharan</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Vasseur</surname> <given-names>J. O.</given-names></name> <name><surname>Pennec</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname> Deymier</surname> <given-names>P. A.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2009</year>). <article-title>Experimental and theoretical evidence for subwavelength imaging in phononic crystals</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>102</volume>:<fpage>154301</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.102.154301</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">19518637</pub-id></citation></ref>
<ref id="B46">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>S&#x000FC;sstrunk</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Huber</surname> <given-names>S. D.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Observation of phononic helical edge states in a mechanical topological insulator</article-title>. <source>Science</source> <volume>349</volume>, <fpage>47</fpage>&#x02013;<lpage>50</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1126/science.aab0239</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26138969</pub-id></citation></ref>
<ref id="B47">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Trainiti</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Rimoli</surname> <given-names>J. J.</given-names></name> <name><surname>Ruzzene</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Wave propagation in periodically undulated beams and plates</article-title>. <source>Int. J. Solids Struct.</source> <fpage>75</fpage>&#x02013;<lpage>76</lpage>, <fpage>260</fpage>&#x02013;<lpage>276</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijsolstr.2015.08.019</pub-id></citation></ref>
<ref id="B48">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Walker</surname> <given-names>E.</given-names></name> <name><surname>Reyes</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Rojas</surname> <given-names>M. M.</given-names></name> <name><surname>Krokhin</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Neogi</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Tunable ultrasonic phononic crystal controlled by infrared radiation</article-title>. <source>Appl. Phys. Lett.</source> <volume>105</volume>:<fpage>143503</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4894489</pub-id></citation></ref>
<ref id="B49">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Walker</surname> <given-names>E. L.</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Neogi</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Radio-frequency actuated polymer-based phononic meta-materials for control of ultrasonic waves</article-title>. <source>NPG Asia Mater.</source> <volume>9</volume>:<fpage>e350</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/am.2016.209</pub-id></citation></ref>
<ref id="B50">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wang</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Bertoldi</surname> <given-names>K.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Mechanically tunable phononic band gaps in three-dimensional periodic elastomeric structures</article-title>. <source>Int. J. Solids Struct.</source> <volume>49</volume>, <fpage>2881</fpage>&#x02013;<lpage>2885</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijsolstr.2012.05.008</pub-id></citation></ref>
<ref id="B51">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wu</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Yu</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Yang</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Zhao</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Shi</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Tian</surname> <given-names>K.</given-names></name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Effect of thermal stresses on frequency band structures of elastic metamaterial plates</article-title>. <source>J. Sound Vibrat.</source> <volume>413</volume>, <fpage>101</fpage>&#x02013;<lpage>119</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jsv.2017.10.014</pub-id></citation></ref>
<ref id="B52">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhang</surname> <given-names>P.</given-names></name> <name><surname>Parnell</surname> <given-names>W. J.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Soft phononic crystals with deformation-independent band gaps</article-title>. <source>Proc. R. Soc. A Math. Phys. Eng. Sci.</source> <volume>473</volume>:<fpage>20160865</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1098/rspa.2016.0865</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">28484331</pub-id></citation></ref>
<ref id="B53">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhang</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Shi</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Gao</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Tunability of band structures in a two-dimensional magnetostrictive phononic crystal plate with stress and magnetic loadings</article-title>. <source>Phys. Lett. A</source> <volume>381</volume>, <fpage>1055</fpage>&#x02013;<lpage>1066</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physleta.2017.01.044</pub-id></citation></ref>
<ref id="B54">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhu</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Semperlotti</surname> <given-names>F.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Anomalous refraction of acoustic guided waves in solids with geometrically tapered metasurfaces</article-title>. <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>117</volume>:<fpage>034302</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevLett.117.034302</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">27472114</pub-id></citation></ref>
<ref id="B55">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhu</surname> <given-names>Q.</given-names></name> <name><surname>Burtin</surname> <given-names>C.</given-names></name> <name><surname>Binetruy</surname> <given-names>C.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Acoustoelastic effect in polyamide 6: linear and nonlinear behaviour</article-title>. <source>Polym. Testing</source> <volume>40</volume>, <fpage>178</fpage>&#x02013;<lpage>186</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.polymertesting.2014.09.007</pub-id></citation></ref>
<ref id="B56">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhu</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>X. N.</given-names></name> <name><surname>Hu</surname> <given-names>G. K.</given-names></name> <name><surname>Sun</surname> <given-names>C. T.</given-names></name> <name><surname>Huang</surname> <given-names>G. L.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Negative refraction of elastic waves at the deep-subwavelength scale in a single-phase metamaterial</article-title>. <source>Nat. Commun.</source> <volume>5</volume>, <fpage>241</fpage>&#x02013;<lpage>241</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1038/ncomms6510</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25417671</pub-id></citation></ref>
</ref-list>
<app-group>
<app>
<title>Appendix A</title>
<p>The operators <bold>L</bold><sub><italic>i</italic></sub> and <bold>L</bold><sub>0<italic>i</italic></sub> are expressed as</p>
<disp-formula id="E26"><label>(23)</label><mml:math id="M44"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E27"><label>(24)</label><mml:math id="M45"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>01</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>02</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold"><mml:mtext>L</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>03</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</app>
<app>
<title>Appendix B</title>
<p>The band diagram in terms of wavenumber <italic>k</italic> and energy velocity <italic>c</italic><sub><italic>e</italic></sub> for the undeformed unit cell of <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref> at &#x003D1; &#x0003D; 0 is reported in <xref ref-type="fig" rid="A1">Figure A1</xref>.</p>
<fig id="A1" position="float">
<label>Figure A1</label>
<caption><p>Band diagrams of the wavenumber <italic>k</italic> <bold>(Left)</bold> and energy velocity <italic>c</italic><sub><italic>e</italic></sub> <bold>(Right)</bold> vs. frequency for the PC plate in the undeformed configuration reported in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2A</xref>.</p></caption>
<graphic xlink:href="fmats-06-00074-g0004.tif"/>
</fig>
</app>
</app-group>
</back>
</article>
