Simulation der Schaumbildung


Die Schaumsimulation konzentriert sich auf die Modellierung und Implementierung der physikalischen Phänomene der Schaumbildung sowohl metallischer als auch viskoelastischer Werkstoffe. Ziele sind dabei die Vorhersage verbesserter Prozessstrategien während der Schaumherstellung.
  • Metallschaum auf pulvermetallurgischer Basis:
Trotz des Potentials von Metallschäumen für energieabsorbierende und besonders leichte Strukturbauteile konnten sich diese bisher nur wenig durchsetzen. Ein Hindernis für den Einsatz besteht in den Inhomogenitäten der Porenstruktur, wozu starke Variationen in der Porengröße, der Porengeometrie und der Zellwanddicken zählen. Ziel ist es, die bei der Schaumentstehung auf pulvermetallurgischer Basis ablaufenden Prozesse besser verstehen und beeinflussen zu lernen.
Die erarbeitete Simulationssoftware, basierend auf der Gitter Boltzmann Methode, bildet alle wesentlichen Aspekte während der Schaumentstehung ab und erlaubt eine Vorhersage für modifizierte Prozessstrategien. Die Software stützt Ihre Ergebnisse auf der Implementierung der hydrodynamischen, diffusiven und thermodynamischen Erhaltungsgleichungen angewendet auf freie Oberflächen. Die physikalischen Modelle umfassen sowohl das Wachstum, die Vergröberung, die Neuordnung und das Platzen der Blasen als auch Effekte des Schaumnetzwerks wie Alterung und Drainage hervorgerufen durch z.B. Kapillarkräfte oder Gravitation.
  • Viskoelastische Materialien zur Schaumbildung:
Geschäumte Materialien stellen aufgrund ihrer zellularen Struktur eine interessante Materialklasse mit attraktiven Eigenschaften dar. Die vorhandene Methodik und Software auf Grundlage der Gitter Boltzmann Methode zur Simulation von Schaumbildungsvorgängen von flüssigen Metallen wurde weiterentwickelt, um erstmals auch die grundlegenden Phänomene bei der Schaumbildung von viskoelastischen Materialien numerisch zugänglich zu machen. Dazu ist eine Weiterentwicklung der Methodik für viskoelastische Fluide unter Berücksichtigung freier Oberflächen entwickelt worden. Anhand geeigneter numerischer Experimente konnte die Rolle der Viskoelastizität bei der Herstellung von geschäumten Materialien erforscht werden.

Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner

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