納米間隙氣膜潤滑理論及應(yīng)用

目錄
前言
符號(hào)表
第一篇 基本理論
第1章 緒論 3
1.1 引言 3
1.2 硬盤及其工作原理 4
1.2.1 硬盤的結(jié)構(gòu) 4
1.2.2 硬盤的工作原理 6
1.3 納米間隙氣膜潤滑理論研究進(jìn)展 8
1.3.1 氣膜潤滑方程及其修正 8
1.3.2 基于表面粗糙度和表面容納系數(shù)的氣膜潤滑方程 10
1.3.3 氣膜潤滑方程的數(shù)值求解方法 11
1.4 納米間隙氣膜動(dòng)態(tài)特性研究進(jìn)展 14
1.4.1 納米間隙氣膜非線性動(dòng)力學(xué)分析 14
1.4.2 磁頭/磁盤系統(tǒng)沖擊響應(yīng)數(shù)值研究 15
1.4.3 磁頭/磁盤系統(tǒng)沖擊響應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究 17
1.5 本書的主要內(nèi)容 19
第2章 氣膜潤滑理論 21
2.1 潤滑氣體的基本性質(zhì) 21
2.1.1 氣體的基本定律 21
2.1.2 氣體的壓縮性 22
2.1.3 氣體的膨脹性 23
2.1.4 氣體的傳輸性 23
2.1.5 分子平均自由程 26
2.2 潤滑氣體的流動(dòng)特性 28
2.2.1 潤滑氣體的流動(dòng)狀態(tài) 28
2.2.2 氣體的薄層流動(dòng) 28
2.3 氣體的潤滑機(jī)理 33
2.3.1 氣體動(dòng)壓潤滑機(jī)理 33
2.3.2 氣體靜壓潤滑機(jī)理 36
2.4 氣膜潤滑方程的一般形式 38
2.4.1 磁頭/磁盤界面 38
2.4.2 一般形式Reynolds方程的推導(dǎo) 39
2.5 納米間隙氣膜潤滑方程及修正 42
2.5.1 稀薄效應(yīng) 42
2.5.2 Reynolds方程的修正 43
2.5.3 兩種新型修正模型的推導(dǎo) 46
第二篇 研究方法
第3章 納米間隙氣膜潤滑方程的數(shù)值計(jì)算方法 55
3.1 最小二乘有限差分法 55
3.1.1 一維泰勒級(jí)數(shù)公式 55
3.1.2 二維泰勒級(jí)數(shù)公式 56
3.1.3 LSFD法求解一維Reynolds方程 59
3.1.4 LSFD法求解二維Reynolds方程 61
3.2 有限體積法 63
3.2.1 控制體的質(zhì)量守恒 64
3.2.2 控制體的邊界不連續(xù)性 65
3.2.3 線高斯迭代 68
3.3 基于壓力梯度的自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù) 70
3.3.1 磁頭/磁盤界面自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù) 70
3.3.2 網(wǎng)格密度函數(shù) 72
3.3.3 Ω浮動(dòng)塊自適應(yīng)網(wǎng)格分布 73
3.4 多重網(wǎng)格法 75
3.4.1 多重網(wǎng)格法各層網(wǎng)格的生成 75
3.4.2 多重網(wǎng)格法的實(shí)施 76
3.5 修正的LSFD法 77
3.5.1 LSFD法的修正 77
3.5.2 邊界離散點(diǎn)的處理 78
第4章 納米間隙氣膜非線性動(dòng)力學(xué)分析方法 79
4.1 納米間隙氣膜動(dòng)力學(xué)分析模型建立 79
4.1.1 物理參數(shù)分析模型 79
4.1.2 模態(tài)參數(shù)分析模型 80
4.1.3 磁頭/磁盤系統(tǒng)分析模型 80
4.1.4 磁頭/磁盤系統(tǒng)單自由度模型 81
4.1.5 磁頭/磁盤系統(tǒng)二自由度模型 81
4.2 單自由度模型非線性動(dòng)力學(xué)分析方法 83
4.2.1 逐步積分法-線性加速度法 83
4.2.2 Wilson-θ法 86
4.2.3 Newmark-β法 87
4.2.4 修正Newmark-β法求解單自由度磁頭/磁盤系統(tǒng)動(dòng)力平衡方程 88
4.3 二自由度模型非線性動(dòng)力學(xué)分析方法 93
4.3.1 應(yīng)用模態(tài)分析法求解動(dòng)力平衡方程 94
4.3.2 動(dòng)力平衡方程的坐標(biāo)耦合與解耦 94
4.4 基于Reynolds方程的磁頭/磁盤系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析 98
4.4.1 浮動(dòng)塊平衡方程 98
4.4.2 牛頓迭代法 99
4.4.3 數(shù)學(xué)模型建立 100
第三篇 工程應(yīng)用
第5章 納米間隙氣膜靜態(tài)特性研究 105
5.1 基于LSFD法的氣膜壓力分布 105
5.1.1 二維平板浮動(dòng)塊 105
5.1.2 IBM3380浮動(dòng)塊 106
5.1.3 二軌道浮動(dòng)塊 108
5.1.4 三墊式浮動(dòng)塊 110
5.1.5 負(fù)壓浮動(dòng)塊 112
5.2 基于有限體積法的氣膜壓力分布 114
5.2.1 IBM3380浮動(dòng)塊 114
5.2.2 TP1212浮動(dòng)塊 115
5.2.3 負(fù)壓浮動(dòng)塊1 118
5.2.4 負(fù)壓浮動(dòng)塊2 120
5.3 基于多重網(wǎng)格法的氣膜壓力分布 123
5.4 飛行參數(shù)對(duì)氣膜靜態(tài)特性的影響 125
5.4.1 飛行參數(shù)對(duì)氣膜承載力的影響 125
5.4.2 飛行參數(shù)對(duì)氣膜壓力中心的影響 126
第6章 表面粗糙度和表面容納系數(shù)對(duì)氣膜靜態(tài)特性的影響 129
6.1 基于表面粗糙度的氣膜潤滑方程 129
6.1.1 基本方程 129
6.1.2 數(shù)值求解 130
6.2 表面粗糙度對(duì)氣膜靜態(tài)特性的影響 133
6.2.1 表面粗糙度對(duì)氣膜壓力分布的影響 133
6.2.2 表面粗糙度對(duì)氣膜承載力的影響 137
6.2.3 表面粗糙度對(duì)氣膜壓力中心的影響 140
6.2.4 幾種模型的計(jì)算效率對(duì)比 143
6.3 基于表面容納系數(shù)的分子氣膜潤滑方程 144
6.3.1 分子氣膜潤滑方程的多項(xiàng)式對(duì)數(shù)形式 144
6.3.2 分子氣膜潤滑方程的修正 145
6.3.3 修正模型精度驗(yàn)證 150
6.4 表面容納系數(shù)對(duì)氣膜靜態(tài)特性的影響 151
6.4.1 表面容納系數(shù)對(duì)氣膜壓力分布的影響 151
6.4.2 表面容納系數(shù)對(duì)氣膜承載力的影響 152
6.4.3 表面容納系數(shù)對(duì)氣膜壓力中心的影響 153
6.4.4 不同磁盤轉(zhuǎn)速時(shí)表面容納系數(shù)對(duì)氣膜壓力分布的影響 154
6.5 表面粗糙度和容納系數(shù)對(duì)氣膜承載特性的復(fù)合影響 159
6.5.1 氣膜壓力分布影響分析 159
6.5.2 氣膜承載力影響分析 161
6.5.3 氣膜壓力中心影響分析 162
第7章 納米間隙氣膜動(dòng)態(tài)特性研究 164
7.1 單自由度系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)分析 164
7.1.1 單自由度模型求解過程 164
7.1.2 浮動(dòng)塊運(yùn)動(dòng)特性的時(shí)域分析 164
7.1.3 浮動(dòng)塊運(yùn)動(dòng)特性的頻域分析 166
7.1.4 磁頭/磁盤系統(tǒng)浮動(dòng)塊瞬態(tài)動(dòng)力響應(yīng)分析 168
7.2 二自由度系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)分析 170
7.2.1 求解流程 170
7.2.2 浮動(dòng)塊運(yùn)動(dòng)特性的時(shí)域分析 171
7.2.3 浮動(dòng)塊運(yùn)動(dòng)特性的頻域分析 173
7.2.4 不同參數(shù)對(duì)浮動(dòng)塊運(yùn)動(dòng)特性的影響 174
7.3 預(yù)緊力和磁盤轉(zhuǎn)速對(duì)浮動(dòng)塊飛行特性的影響 178
7.3.1 浮動(dòng)塊及其初始狀態(tài) 178
7.3.2 預(yù)緊力對(duì)浮動(dòng)塊飛行特性的影響 179
7.3.3 磁盤轉(zhuǎn)速對(duì)浮動(dòng)塊飛行特性的影響 183
7.4 空氣/氦氣混合氣中浮動(dòng)塊的飛行特性 188
7.4.1 相關(guān)參數(shù)計(jì)算 188
7.4.2 飛行高度動(dòng)態(tài)響應(yīng) 190
7.4.3 飛行角度動(dòng)態(tài)響應(yīng) 193
7.4.4 浮動(dòng)塊受力分析 194
7.5 浮動(dòng)塊發(fā)生觸盤時(shí)的動(dòng)態(tài)特性分析 199
7.5.1 觸盤現(xiàn)象 199
7.5.2 正常環(huán)境壓力(Ps=1.0atm)時(shí)的觸盤現(xiàn)象分析 200
7.5.3 較低環(huán)境壓力(Ps=0.5atm)時(shí)的觸盤現(xiàn)象分析 202
第8章 磁頭/磁盤系統(tǒng)沖擊響應(yīng)分析 205
8.1 磁盤系統(tǒng)有限元模型 205
8.1.1 硬盤系統(tǒng)幾何模型 205
8.1.2 硬盤系統(tǒng)有限元模型 208
8.1.3 連接、接觸和邊界條件設(shè)置 212
8.2 磁頭/磁盤系統(tǒng)沖擊響應(yīng)計(jì)算模型 215
8.2.1 基本流程 215
8.2.2 LS-DYNA隱式-顯式序列計(jì)算 216
8.2.3 重啟動(dòng) 219
8.3 磁頭/磁盤系統(tǒng)沖擊響應(yīng)分析 220
8.3.1 硬盤在外殼、懸臂和磁盤的沖擊響應(yīng) 220
8.3.2 磁頭/磁盤系統(tǒng)沖擊響應(yīng) 224
8.3.3 磁頭/磁盤界面接觸碰撞分析 230
8.4 磁頭/磁盤系統(tǒng)沖擊響應(yīng)實(shí)驗(yàn)測量 231
8.4.1 原理和裝置 231
8.4.2 測量和分析 235
參考文獻(xiàn) 237
彩圖