硬盤納米間隙氣膜潤滑的新模型及其靜態(tài)特性研究.pdf

1、硬盤是當(dāng)前數(shù)據(jù)存儲的主要途徑，并且它的尺寸持續(xù)減小、容量逐步增大、成本逐漸降低。隨著磁記錄密度的不斷增加，硬盤中磁頭與磁盤間的距離也已經(jīng)減小到只有幾個(gè)納米。在這樣小的間隙中，氣膜中的氣體不能看作嚴(yán)格的連續(xù)流體，傳統(tǒng)的潤滑理論不再適用，必須要考慮氣體稀薄效應(yīng)的影響。
　　 為了準(zhǔn)確模擬超薄氣膜的壓力分布，需要考慮氣體稀薄效應(yīng)及表面粗糙度等對Reynolds方程進(jìn)行修正。本文基于當(dāng)前廣泛應(yīng)用的Reynolds方程的FK模型，推出四種

2、模擬超薄氣膜潤滑的簡化新模型：連續(xù)FK(Continuous FK，CFK)模型、二階FK(Second order FK，SOFK)模型、簡化FK(Simplified FK，SFK)模型和高精度二階(Precise second order，PSO)模型。采用最小二乘有限差分(Least squarefinite difference，LSFD)法分別對四種新模型進(jìn)行了求解，并將計(jì)算結(jié)果與FK模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對比。數(shù)值結(jié)果表明，

3、CFK模型是在不影響模擬精度的基礎(chǔ)上修正了FK模型分段處具有較大誤差的缺陷；SOFK模型和PFK模型與FK模型相比，均在不影響模擬精度的基礎(chǔ)上，提高計(jì)算效率；PSO與FK模型相比，計(jì)算時(shí)間短、計(jì)算精度高。此外，基于所建立的四種新模型，模擬分析了幾種典型二維浮動(dòng)塊的壓力分布等氣膜靜態(tài)特性。
　　 基于考慮氣體稀薄效應(yīng)修正Reynolds方程的簡化PSO模型，采用LSFD法，求解了引入壓力流因子和剪切流因子的量綱一Reynolds方

4、程，并且研究了表面粗糙度對硬盤超低飛高(1-2納米)氣膜靜態(tài)特性的影響。數(shù)值結(jié)果表明：粗糙度對超低飛高氣膜壓力分布和承載力的影響較大，而對壓力中心的影響較??；飛行高度越低和/或粗糙度值越大，對壓力分布及承載力的影響越明顯；在粗糙度值相同的條件下，僅磁頭粗糙且取橫向粗糙度時(shí)，系統(tǒng)壓力分布最高，氣膜承載力最大；各種情況下，表面粗糙度對壓力中心的變化影響不大，說明磁頭飛行比較平穩(wěn)，系統(tǒng)穩(wěn)定性較好；另外，基于PSO模型研究粗糙度對硬盤氣膜靜態(tài)特

5、性的影響，不僅數(shù)值結(jié)果精度高，并且具有很高的計(jì)算效率。
　　 表面容納系數(shù)(Accommodation coefficient，AC)是影響磁頭/磁盤靜態(tài)特性的重要因素。本文從Poiseuille流比和Couette流比的多項(xiàng)式對數(shù)方程出發(fā)，推出了一種模擬硬盤超薄氣膜的簡化分子氣膜潤滑(Molecular gas film lubrication，MGL)方程。通過LSFD法對簡化的MGL方程進(jìn)行求解，研究了表面容納系數(shù)對硬盤超