磁頭-磁盤界面修正Reynolds方程的新模型及其數(shù)值模擬分析.pdf

1、近幾年，硬盤的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度越來越大，其主要原因之一就是因?yàn)榇蓬^和磁盤之間的間隙(飛行高度)大幅度減小以及復(fù)雜滑塊設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步。當(dāng)磁頭與磁盤之間的間隙接近或小于分子平均自由程時(shí)，氣體的動(dòng)力學(xué)性能就不能直接用連續(xù)潤滑理論(即連續(xù)Reynolds方程)進(jìn)行描述，而要考慮氣體稀薄效應(yīng)的影響。
　　 基于廣泛應(yīng)用于計(jì)算硬盤磁頭/磁盤界面壓力分布的修正Reynolds方程的FK模型，本文提出了一種考慮氣體稀薄效應(yīng)修正Reynolds方程的

2、新模型——LFR(Linearized Flow Rate)模型，這種模型是通過一個(gè)分段的線性函數(shù)擬合FK模型的流率函數(shù)而實(shí)現(xiàn)的。相對(duì)于FK模型，LFR模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式比較簡單，而且計(jì)算出來的壓力曲線幾乎與FK模型得到的結(jié)果重合；更重要的是，LFR模型的計(jì)算速度比FK模型的快很多。
　　 由于Reynolds方程的非線性和滑塊形狀的復(fù)雜性，必須采用數(shù)值方法求解Reynolds方程。因此，本文分別詳細(xì)闡述了有限差分法(FDM)、

3、最小二乘有限差分法(LSFD)、有限體積法(FVM)、無網(wǎng)格局部Peterov-Galerkin法(MLPG)和基于核重構(gòu)思想的最小二乘配點(diǎn)法的基本理論，并且在不同離散節(jié)點(diǎn)的求解域中把這些方法應(yīng)用到了修正Reynolds方程。計(jì)算結(jié)果顯示：在相同節(jié)點(diǎn)數(shù)的條件下，MLPG方法的計(jì)算速度最慢，但是，這種方法能在較少離散節(jié)點(diǎn)數(shù)的情況下，得到較高精度的計(jì)算結(jié)果；LSFD方法的計(jì)算速度較快，計(jì)算精度也較高，但是，這種方法需要足夠多的離散節(jié)點(diǎn)，否則

4、，計(jì)算不能進(jìn)行；FDM方法的計(jì)算速度最快，但是，這種方法的計(jì)算精度是最差的；基于核重構(gòu)思想的最小二乘配點(diǎn)法能獲得很好的計(jì)算精度，然而，這種方法的計(jì)算速度稍差些，并且在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，要注意精化參數(shù)αx的選擇；FVM方法的計(jì)算速度很快，并且計(jì)算的精度也很高，是一種綜合性能最佳的數(shù)值方法。
　　 為了進(jìn)一步檢驗(yàn)LFR模型的有效性，分別采用FK模型和LFR模型，對(duì)平面傾斜滑塊的壓力分布進(jìn)行數(shù)值模擬分析。其結(jié)果表明，在二維的情況下，LF

5、R模型的計(jì)算結(jié)果與FK模型相差很小，但其計(jì)算速度明顯快于FK模型。然后，基于LFR模型，對(duì)兩軌滑塊、三墊滑塊以及兩個(gè)負(fù)壓滑塊的壓力分布進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，其結(jié)果顯示：對(duì)于同樣形狀的滑塊，在滑塊尺寸和飛行參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，所得到的壓力分布圖的形狀具有很大差異；對(duì)于求解形狀復(fù)雜的滑塊的壓力分布，在壓力梯度很大(或者滑塊形狀復(fù)雜)區(qū)域，必須要采用局部網(wǎng)格加密技術(shù)，否則就會(huì)導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間過長或計(jì)算過程不能進(jìn)行；隨著飛行高度的降低，計(jì)算需要越來越多的