一种考虑粘滞效应的复杂形貌磁头稳态飞行建模方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑粘滞效应的复杂形貌磁头稳态飞行建模方法，首先利用Hypermesh前处理软件建立的磁头表面刻蚀模型坐标；利用COMSOL商用有限元软件建立头盘界面磁头飞行状态动力学求解模型；并考虑在微纳米尺度下粘滞力及分子间作用力的影响，改进头盘界面动力学模型；利用上述方法，有利于研究磁头在纳米尺度下的飞行姿态及承载特性，为磁头的设计制造提供基础。造提供基础。造提供基础。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑粘滞效应的复杂形貌磁头稳态飞行建模方法


[0001]本专利技术涉及机械硬盘磁头的力学特性研究方法，具体涉及一种考虑粘滞效应的复杂形貌磁头稳态飞行建模方法。

技术介绍

[0002]随着信息化时代的到来及互联网云计算等高新技术的发展，以电子存储行业角度出发，机械硬盘凭借其超稳定的工作状态和超高性价比，被广泛应用于各种行业。磁头飞行的稳定性直接影响了磁头的信息写入，头盘间距的不断减小引发头盘之间的碰撞和磨损，导致存储信息的丢失。由于存储涉及到金融、通讯、国防、航空航天等重要领域，机械硬盘的损坏和丢失将造成不可估量的损失。因此，对磁头在超低飞行下的动力学分析，对于装备未来产品的质量改善和可靠性问题具有重要的工程意义。
[0003]当头盘界面达到纳米级时，磁头表面的微小变化都将引起压力分布的变化，空气轴承表面的特殊结构将提供气体动压力与近场作用力相平衡，从而影响到飞行的稳定性，因此，对于磁头滑块ABS表面的描述在飞行高度的考量中不可简化，真实滑块和空气轴承的几何形状都需在建模中考虑；其次，传统的流体控制方程是基于连续介质力学推导的，对于超低飞行下的头盘界面情况已不再适用；此外，头盘的进一步减小使得润滑剂分子薄层和表面微凸体的影响也不可忽视，目前常用的基于Lennard
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Jones势推导的分子间作用力仅适用于10nm飞行高度，对于<5nm的飞行高度状态不再适用，研究表明对于微型化的加工及工作过程中，粘滞力和分子间作用力也成为主要失效形式之一。对于超低飞行下的头盘间相互作用力的精准测量是十分困难的，因此通过建模进行飞行状态的预测是十分必要的，对头盘接触、碰磨，磁头ABS表面设计都有重要的意义。综上，目前针对机械硬盘超低飞行状态下的动力学仿真模型构建仍有不足。本专利技术基于微纳米尺度对头盘界面的接触动力学模型进行改进，并对飞行头系统进行简化建模，求解特定预载力下磁头的飞行姿态及力学特性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种考虑粘滞效应的复杂形貌磁头稳态飞行建模方法，以克服现有技术的缺点，本专利技术具有可靠、准确性高等特点，有利于表征磁头在纳米尺度下的飞行姿态及力学特性，具有重要的工程应用价值。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种考虑粘滞效应的复杂形貌磁头稳态飞行建模方法，包括以下步骤：
[0007](1)飞行磁头空气轴承表面形貌建模方法
[0008]基于磁头空气轴承表面形貌，使用Hypermesh前处理软件建立磁头空气轴承表面形貌刻蚀深度仿真模型，获取磁头空气轴承表面形貌刻蚀深度仿真坐标；
[0009](3)磁头空气轴承表面形貌刻蚀深度仿真分析方法
[0010]将建立的空气轴承表面形貌坐标导入COMSOL有限元软件，分析D1和D2的刻蚀深度
对磁头飞行姿态的影响。D1的刻蚀深度影响了前后加压垫的正压效果，从而实现飞高和俯仰角的控制；D2主要影响了后负压区和前负压区两个位置，主要作用是增加刚度，使负压中心像后端移动，协助加卸载的稳定性，以及减小俯仰角；
[0011](3)分子间作用力及粘滞力对磁头飞行姿态影响研究方法
[0012]建立微纳米尺度下的头盘界面磁头飞行姿态的动力学模型，利用本专利技术所提的磁头表面刻蚀深度设计方法，利用COMSOL商用有限元软件，建立考虑粘滞力及分子间作用力的头盘界面仿真模型，分析在微纳米尺度下粘滞力及分子间作用力对头盘界面磁头飞行特性及力学性能的影响。
[0013]步骤(1)具体为：
[0014]首先，根据机械硬盘磁头ABS表面真实形貌，测得真实表面的形貌参数；
[0015]然后，基于磁头真实形貌，设计制作一种磁头空气轴承表面形貌刻蚀深度的简化仿真模型，利用Hypermesh前处理软件划分网格并得到初始仿真形貌刻蚀深度的坐标。
[0016]步骤(2)具体为：
[0017]首先，将仿真坐标导入COMSOL通用有限元软件，建立基于仿真磁头空气轴承表面形貌刻蚀深度的动力学模型；
[0018]其次，通过控制D1及D2刻蚀深度，对该形貌刻蚀深度影响下磁头的飞行姿态及力学特性进行仿真计算，获取该变量对磁头飞行翻滚角和俯仰角的影响；
[0019]最后，通过不断重复前述步骤进行计算，直至得到符合要求的空气轴承表面形貌刻蚀深度坐标。
[0020]步骤(3)具体为：
[0021]采用本专利技术所提的磁头空气轴承表面形貌刻蚀深度设计方法，建立微纳米尺度下的基于复杂ABS形貌的磁头滑块飞行姿态的动力学模型，利用COMSOL商用有限元软件，建立考虑粘滞力及分子间作用力的头盘界面仿真模型，以分析在微纳米尺度下粘滞力及分子间作用力对头盘界面磁头飞行特性及力学性能的影响。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0023]本专利技术利用Hypermesh前处理软件建立的磁头表面刻蚀模型坐标，所得数据可直接用于COMSOL商用有限元软件中，建立头盘界面磁头飞行状态动力学求解模型。通过对磁头空气轴承表面形貌刻蚀深度对磁头飞行姿态影响的分析，可以辅助在特定条件下的磁头空气轴承表面形貌设计，利用该刻蚀方案考虑在微纳米尺度下粘滞力等近场作用力的影响，改进头盘界面动力学模型，有效地增强了模型的准确性。本专利技术利用考虑微纳米尺度下空气轴承表面形貌刻蚀深度、粘滞力的动力学模型，可以实现对磁头飞行姿态和力学特性的仿真研究。其优越性在于，利用上述方法，研究磁头飞行姿态及力学特性，本专利技术具有可靠、准确性高等特点，有利于表征磁头在纳米尺度下的飞行姿态及力学特性，具有重要的工程应用价值。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的技术路线；
[0025]图2为本专利技术磁头的空气轴承表面形貌；
[0026]图3为本专利技术磁头的空气轴承表面形貌区域划分；
[0027]图4为刻蚀深度D1对磁头飞行姿态的影响；
[0028]图5为刻蚀深度D2对磁头飞行姿态的影响；
[0029]图6为粘滞力对飞行头飞行姿态及压力的影响；
具体实施方式
[0030]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明：
[0031]参考图1为本专利技术的整体实施方案技术路线；通过Hypermesh前处理软件获取的磁头空气轴承表面形貌刻蚀深度仿真坐标；通过COMSOL LiveLink for MATLAB实现形貌函数及变量的定义，引入真实滑块及空气轴承的几何形状，进行建模仿真，分析磁头空气轴承表面形貌刻蚀深度对其飞行姿态和力学特性的影响；再通过参数辅助扫描即可得到不同表面刻蚀深度的实现，从而简化了扫描至导入表面形貌的过程，实现上述步骤的重复，直到获取符合硬盘工作需求的空气轴承表面形貌刻蚀设计参数；在微纳米尺度下，利用该形貌刻蚀参数，考虑粘滞力及分子间作用力对磁头飞行姿态及力学特性的影响，得到更符合实际情况的微纳米尺度下的头盘界面磁头的动力学模型，分析分子间作用力及粘滞力对磁头飞行姿态及承载力的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑粘滞效应的复杂形貌磁头稳态飞行建模方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)飞行磁头空气轴承表面形貌建模方法基于磁头空气轴承表面形貌，使用Hypermesh前处理软件建立磁头空气轴承表面形貌刻蚀深度仿真模型，获取磁头空气轴承表面形貌刻蚀深度仿真坐标；(2)磁头空气轴承表面形貌刻蚀深度仿真分析方法将建立的空气轴承表面形貌坐标导入COMSOL有限元软件，分析D1和D2的刻蚀深度对磁头飞行姿态的影响。D1的刻蚀深度影响了前后加压垫的正压效果，从而实现飞高和俯仰角的控制；D2主要影响了后负压区和前负压区两个位置，主要作用是增加刚度，使负压中心像后端移动，协助加卸载的稳定性，以及减小俯仰角；(3)分子间作用力及粘滞力对磁头飞行姿态影响研究方法建立微纳米尺度下的头盘界面磁头飞行姿态的动力学模型，利用本发明所提的磁头表面刻蚀深度设计方法，利用COMSOL商用有限元软件，建立考虑粘滞力及分子间作用力的头盘界面仿真模型，分析在微纳米尺度下粘滞力及分子间作用力对头盘界面磁头飞行特性及力学性能的影响。2.根据权利要求1所述的一种考虑粘滞效应的复杂形貌磁头稳态飞行建模方法，其特征在于，步骤(1)具体为：首先，根据机械硬盘磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，赵悦，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：