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工作状态下TFC磁头热变形对飞行高度的影响研究

发布时间:2019-03-04 20:56
【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。
[Abstract]:With the increasing demand for high-capacity data storage, the storage density and stability of hard disk drives become more and more demanding. Reducing the distance from the head to the disk, that is, the flying height of the head, can effectively improve the storage density of the hard disk. By using the technology of (TFC) magnetic head controlled by hot flying height, the magnetic head can be heated to produce a thermal uplift on its working surface, thus effectively reducing the flying altitude of the head and ensuring the stability of the flight. At the same time, the thermal deformation caused by the read / write operation of the hard disk is compensated. The research on this technology has become one of the hot and difficult problems in the field of magnetic storage. In this paper, the effect of thermal deformation of TFC magnetic head on its flight altitude is studied systematically. Firstly, the research status of TFC technology in the field of magnetic storage is systematically analyzed. According to the mathematical description of head / disk interface heat transfer, according to the related theory of micro / nano heat transfer, the second order discontinuous boundary condition is proposed in the research. The heat transfer coefficient of air bearing surface is derived based on the fluid continuous motion equation, and the heat transfer model of air bearing surface is established. A simplified finite element model of the TFC slider with heater is established, which lays a foundation for the simulation research. The thermal conductivity, length, thickness, heating power and position height of the heater are selected as the research object, considering the material of the heater, the rate of heat generation and the position of the heater. By solving the thermal-structural-fluid multi-physical field weak coupling problem of TFC head heating under working condition, the effects of the above factors on the temperature distribution, thermal deformation and the pressure distribution of the working surface of the air bearing are analyzed. It provides a theoretical basis for the design of heater. The steady-state flying altitude of TFC magnetic head is the result of the interaction of air bearing force and thermal uplift. Based on the bi-directional coupling relationship between head temperature rise and flying height, the nonlinear coupling calculation flow of multi-physical field for thermal-structural-fluid-flying height is established, which is based on the two-way coupling relationship between the temperature rise of magnetic head and the flying height. The flying height of the slider is solved by iterative method. The influence of heat transfer coefficient based on continuous and discontinuous boundary conditions on the results of flight height calculation is analyzed and compared, and the necessity of using discontinuous boundary condition is verified. The influence of heater power and position height on the flying altitude of magnetic head is studied, which provides a new method for studying the flying altitude of TFC slider.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TP333.3

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