[发明专利]一种考虑粘滞效应的复杂形貌磁头稳态飞行建模方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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-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。本发明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。

发明内容

本发明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，本发明具有可靠、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。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

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：

(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；

(3)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。

步骤(1)具体为：

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；