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1、硬盤(pán)是當(dāng)前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(pán)中磁頭與磁盤(pán)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(rùn)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(duì)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(rùn)滑的簡(jiǎn)化新模型:連續(xù)FK(Continuous FK,CFK)模型、二階FK(Second order FK,SOFK)模型、簡(jiǎn)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(duì)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(duì)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(jiǎn)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(duì)硬盤(pán)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(duì)超低飛高氣膜壓力分布和承載力的影響較大,而對(duì)壓力中心的影響較小;飛行高度越低和/或粗糙度值越大,對(duì)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(duì)壓力中心的變化影響不大,說(shuō)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(duì)硬盤(pán)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(pán)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(duì)數(shù)方程出發(fā),推出了一種模擬硬盤(pán)超薄氣膜的簡(jiǎn)化分子氣膜潤(rùn)滑(Molecular gas film lubrication,MGL)方程。通過(guò)LSFD法對(duì)簡(jiǎn)化的MGL方程進(jìn)行求解,研究了表面容納系數(shù)對(duì)硬盤(pán)超
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