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Samad Vakili

• The present work addresses a new approach for modeling microstructure formation in metallic foams by coupling the multi-phase-field method with fluid dynamics. The developed model allows for studying bubbles’ rearrangement during the foam formation via slowing down the coalescence process. However, this is only achieved by the expense of reducing the interface energy which unrealistically deforms the bubbles with fluid flow. The model is extended to account for the effect of additives in stabilizing foam structures while at the same time avoiding the problem of bubble’s softness due to a low interface energy. By describing each bubble by an independent phase-field variable, an interfacial free energy penalty is properly added to mimic the influence of additive particles to exclude (or conditionally allow) the bubbles’ coalescence. The model is validated via a number of benchmark tests and it is applied to simulate the foam evolution in two and three dimensions.
• Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einem neuen Ansatz zur Modellierung der Strukturbildung in Metallschäumen durch Kopplung der Mehrphasenfeldmethode mit der Fluiddynamik. Das entwickelte Modell ermöglicht die Untersuchung der Blasenumlagerung während der Schaumbildung durch Verlangsamung der Koaleszenz. Dies wird jedoch nur durch die Reduzierung der Grenzflächenenergie erreicht, die die Blasen mit dem Flüssigkeitsstrom unrealistisch verformt. Das Modell wurde erweitert, um die Wirkung von Additiven bei der Stabilisierung von Schaumstrukturen zu berücksichtigen und gleichzeitig die Blasenweichheit wegen einer geringen Grenzflächenenergie zu vermeiden. Durch die Beschreibung jeder Blase durch eine Phasenfeldvariable wird ein Grenzflächen-Energieverlust auferlegt, der den Einfluss des Additivs nachahmt, um die Koaleszenz der Blasen auszuschließen. Das Modell wird durch mehrere Benchmark-Tests validiert und zur Simulation der Schaumentwicklung in zwei und drei Dimensionen verwendet.