工作状态下TFC磁头热变形对飞行高度的影响研究-机械设计及理论专业论文.docxVIP

Classified Index: TH113.2 U.D.C: 621 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH ON THE INFLUENCE OF THE TFC HEAD THERMAL DEFORMATION ON ITS FLYING HEIGHT UNDER OPERATIONAL CONDITION Candidate： Chen Yi Supervisor： Prof. Jiang Hongyuan Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Mechanical Design and Theory Affiliation： School of Mechatronics Engineering Date of Defence： July, 2013 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 I I 摘 要 随着对大容量数据存储的需求在不断提高，人们对于硬盘驱动器的存储密 度和稳定性的要求也越来越高。减少磁头到磁盘之间的距离即磁头的飞行高度， 可以有效地提高硬盘的存储密度。利用热飞高控制（TFC）磁头技术，可以实 现对磁头加热使其工作表面产生热隆起，从而有效地减少磁头飞行高度并保证 飞行的稳定性，同时对于硬盘进行读/写操作时造成的热变形进行补偿。关于 该技术的研究成为目前磁存储领域的热点和难题之一。 本文主要针对工作状态下 TFC 磁头的热变形对其飞行高度的影响进行了 系统性研究。首先对目前磁存储领域 TFC 技术的研究现状进行了系统分析， 针对磁头/磁盘界面传热的数学描述，根据微/纳传热的相关理论，提出了在研 究中采用二阶非连续边界条件，并结合流体连续运动方程推导了空气轴承表面 的传热系数， 建立了空气轴承表面的传热模型。 建立了改进的含有加热器的 TFC 滑块的简化结构有限元模型，为仿真研究奠定了基础。 综合考虑加热器的材料、热生成率及位置等因素，选取了加热器的导热系 数、长度、厚度、加热功率以及位置高度等参数作为研究对象，通过求解关于 工作状态下 TFC 磁头加热的热-结构-流体多物理场弱耦合问题，分析了上述各 因素对于磁头的温度分布、热变形以及空气轴承工作表面压力分布的影响，为 加热器的设计提供了理论依据。 针对 TFC 磁头的稳态飞行高度是空气轴承力和热隆起共同作用的结果， 基于磁头温升与飞高的双向耦合关系，确立了热-结构-流体-飞高的多物理场 非线性耦合计算流程，采用迭代的方法对滑块的飞行高度进行了求解，分析比 较了基于连续及非连续边界条件的传热系数对于飞行高度计算结果的影响，验 证了采用非连续边界条件的必要性。研究了加热器功率及位置高度对于磁头飞 行高度的影响，为研究 TFC 滑块飞行高度提供了新方法。 关键词：TFC 磁头；热变形；飞行高度；数值仿真；微/纳传热 II II Abstract As the demand for large data improving ，the requirement of the storage density and stability of hard disk drives is more and more higher. Decreasing the spacing between the head and the disk interface makes it available to achieve higher storage density. With the Thermal Flying-Height Control (TFC) Technology a heater is deposited near the read/write element, and the flying height is reduced by warming up the head through the heater to induce the protrusion. At the same time TFC Technology can compensate the thermal protrusion induced by the read/write operation. This paper aimed to study systematically the influence of the TFC head thermal deformation on its flying h