硬盘磁头/图案化盘面瞬态接触的热力场耦合研究

论文摘要

由于磁记录介质的超顺磁效应,传统的磁记录方式已经达到理论极限。为了实现硬盘面存储密度达到1Tb/in2的目标,各种磁记录方案正在探索之中,其中图案化(bit patterned media, BPM)存储技术被认为是最有发展潜力的方向之一。在硬盘正常工作过程中,磁头与盘面间的间歇性瞬态接触是不可避免的,瞬态接触造成的塑性破损和盘面温升被认为是造成硬盘数据丢失的主要原因之一,由于BPM的磁记录层是由离散化的磁岛构成,因而在瞬态接触过程中更易损坏,但目前关于磁头/BPM盘面瞬态接触的研究还很少,本文采用有限元方法对磁头/BPM盘面瞬态接触的热力场规律进行了较为全面的研究,具体研究内容包括以下几个方面:由于BPM盘面尚在实验研究阶段,构成BPM的磁岛形状还没有确定,因此本文选取了四种常见的几何形状:立方体、圆柱、圆台、斜置的立方体,根据实际工况和理论模型进行合理简化,分别建立有限元模型,分析对比各磁岛形状在瞬态接触过程中的力学性能,以确定在瞬态接触过程中力学性能最佳的磁岛形状。为充分揭示瞬态接触的热力场规律,本文以立方体磁岛为例,建立了磁头/BPM盘面瞬态接触的三维有限元模型,在此基础上,分别选取两种基体材料、两种BPM材料进行组合,得到四种盘面构成,研究各盘面构成对瞬态接触热力场的影响规律,得出最佳的盘面构成方式;并在最佳的盘面构成基础上,研究了接触条件(包括磁头冲击速度,盘面切向速度和摩擦系数)对热力场的影响规律,最终提出减小BPM塑性变形区域和降低盘面温升的措施。平整化BPM盘面方法被认为是能显著提高BPM盘面性能的方法,本文通过与平整化之前盘面的热力场规律进行对比分析,验证了这种方法的有效性,并研究了不同填充介质对热力场的影响规律;最后又与文献中磁头/普通盘面瞬态接触的热力场规律进行对比,验证了本文所用模型的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 硬盘结构及发展现状
• 1.3.2 超高密度硬盘存储新技术
• 1.3.3 磁头/盘面接触理论及其研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 磁岛形状对瞬态接触力场的影响规律
• 2.1 磁头/磁岛瞬态接触的有限元模型
• 2.1.1 三维有限元模型的建立
• 2.1.2 四种磁岛形状有限元模型
• 2.1.3 材料属性、约束条件及载荷的定义
• 2.1.4 有限元模型的校验
• 2.2 磁头/磁岛瞬态接触的力场规律研究
• 2.2.1 磁岛形状对塑性变形区域的影响规律
• 2.2.2 磁岛形状对最大法向接触力的影响规律
• 2.3 本章小结
• 第3章 磁头/BPM盘面瞬态接触的热力场规律研究
• 3.1 磁头/BPM盘面瞬态接触的有限元模型
• 3.1.1 三维有限元模型的建立
• 3.1.2 模型尺寸及材料属性
• 3.1.3 模型约束条件及载荷的定义
• 3.1.4 有限元模型的校验
• 3.2 盘面材料属性对瞬态接触的热力场影响规律研究
• 3.2.1 材料属性对磁头穿透深度及法向接触力的影响规律
• 3.2.2 材料属性对BPM塑性变形的影响规律
• 3.2.3 材料属性对BPM温度变化的影响规律
• 3.3 接触条件对瞬态接触的热力场影响规律研究
• 3.3.1 接触条件对磁头穿透深度及法向接触力的影响规律
• 3.3.2 接触条件对BPM塑性变形区域的影响规律
• 3.3.3 接触条件对BPM温度变化的影响规律
• 3.4 本章小结
• 第4章 磁头/平整化BPM盘面瞬态接触的热力场规律研究
• 4.1 磁头/平整化BPM盘面瞬态接触的有限元模型
• 4.1.1 三维有限元模型的建立
• 4.1.2 材料属性、约束条件及载荷的定义
• 4.1.3 有限元模型的校验
• 4.2 平整化前后盘面热力场特性对比分析
• 4.2.1 平整化前后盘面力场规律研究
• 4.2.2 平整化前后盘面热场规律研究
• 4.3 高速碰撞下平整化BPM盘面热力场对比分析
• 4.3.1 高速碰撞下平整化BPM盘面力场规律研究
• 4.3.2 高速碰撞下平整化BPM盘面热场规律研究
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢