高转速大容量充气硬盘磁头/盘系统跨尺度动力特性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51505262
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    杨廷毅
  • 依托单位：
    山东理工大学
  • 学科分类：
    E0503.机械动力学
  • 结题年份：
    2018
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Read and write speed, storage capacity and working stability are important performances of a hard disk drive (HDD). The head/disk system in a sealing gas environment of HDD with high disk speed and large storage capacity is main research object considering the micro scale effect of nanometer spacing between the head slider and the disk in present project. A combined method of gas film lubrication research, high performance computation technology of gas film lubrication equation, finite element analysis and experiment testing technology, is used to analyze the dynamics characteristics of the head/disk system, which is in the loading/unloading process or suffered from the external shock vibration. Dynamics characteristics of the head/disk system include the vibration characteristics of the disk, the flying characteristics of the slider and the colliding characteristics between the disk and the slider. Effects of various Influencing parameters, including physical properties of the filled gas, thickness and rotational speed of the disk, surface geometry of the slider, geometrical parameters of the suspension, on dynamics characteristics of the head/disk system, are studied. These effects are analyzed and understood from the macro and micro scale aspects. A relationship database between various Influencing parameters and dynamics characteristics of the head/disk system is constructed. A set of optimization parameters is obtained under the condition of the head/disk system with high disk speed, ultra-thin disk and low colliding probability between the disk and the slider. A designing criterion of the head/disk system with high disk speed and large storage capacity is established to provide a scientific basis and technical reference for the development and production of the high performance hard disk drives.
读写速度、存储容量和工作稳定性是硬盘重要的性能指标。在硬盘密封充气环境下，以高转速大容量硬盘磁头/盘系统为研究对象，考虑磁头滑块与磁盘之间纳米间隙微观尺度的影响，采用气膜润滑理论研究、气膜润滑方程高性能求解技术、有限元分析和实验测量相结合的方法，分析硬盘在加载/卸载过程中和遭受外界冲击振动时磁头/盘系统动力特性（磁盘振动特性、磁头滑块飞行特性、磁头滑块与磁盘接触碰撞特性），研究各种影响参数（气体物理特性、磁盘转速、磁头滑块表面几何形状、磁盘厚度、悬臂几何尺寸）对磁头/盘系统动力特性的影响，从宏观和微观尺度对这些影响规律进行分析和认识，构建各种影响参数与磁头/盘系统动力特性参数的关系数据库，获得在高转速、超薄磁盘、低磁头滑块与磁盘碰撞几率条件下磁头/盘系统的优化设计参数，建立高转速大容量硬盘的磁头/盘系统设计准则，为高性能硬盘的研发和生产提供科学依据和技术参考。

结项摘要

为了减小磁盘高速旋转所承受的气体阻力、降低硬盘内部结构所承受的气流冲击和振动、以及提高硬盘存储密度和工作稳定性，人们正考虑向硬盘内部填充低密度气体。本项目研究了充气硬盘磁头滑块飞行特性的影响因素、材料和几何尺寸对充气硬盘磁头滑块飞行特性的影响、头/盘界面均匀化Reynolds方程及其高效数值求解、硬盘磁头滑块动态飞行特性等内容。研究结果如下：1）相对于修正Reynolds方程，求解均匀化Reynolds方程只需要很少的离散网格，从而节省了大量计算时间，大幅提高了计算效率，且两者压力分布、压力中心和承载力的最大相对误差都小于3.5%。2）磁盘材料和厚度对磁头滑块飞行特性参数影响较小，悬臂材料和厚度对磁头滑块飞行特性参数影响最大；对于各种不同材料，当硬盘外壳材料为ABS塑料时，磁头滑块飞行特性参数的变化幅度相对最小。3）扰动速度会导致磁头滑块向磁盘表面作竖直方向的移动，增加了与磁盘接触碰撞的风险；扰动俯仰角或侧倾角的增加都会导致磁头滑块振动幅度的增加，但扰动俯仰角更容易引起磁头滑块的振动。4）磁盘转速的增加、飞行高度的降低、俯仰角的减小和氦气在氦气-空气混合气体中的比重下降，都会导致磁头滑块承载力的增加；磁盘转速的增加、飞行高度的增加、俯仰角的减小，都会导致压力中心的减小；对于不同的磁盘转速、飞行高度、俯仰角、氦气在氦气-空气混合气体中的比重，压力中心都几乎保持不变；粗糙度高度对承载力、压力中心和的影响，在不同粗糙度方向时，呈现出不同的影响规律。科学意义和应用前景如下：1）均匀化Reynolds方程能高效地用来求解硬盘磁头滑块/DTR磁盘界面磁头滑块压力分布、压力中心和承载力，这为新一代硬盘技术——离散磁道磁盘技术，打下了重要理论基础。2）为减小磁盘高速旋转所承受的气体阻力、降低硬盘内部结构所承受的气流冲击和振动、以及提高硬盘存储密度和工作稳定性，提供了重要的理论基础。3）Ansys 软件与 Matlab 程序相互调用和传递参数的方法，可以用于类似的其他科学研究和工程应用。

项目成果

期刊论文数量（5）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
头/盘界面均匀化 Reynolds 方程及其高效数值求解
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    工程力学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    白雪;史宝军;贺磊;杨廷毅
  • 通讯作者：
    杨廷毅
充气硬盘磁头滑块飞行特性影响因素研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    流体动力学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨廷毅;白雪;吕传毅;郭前建
  • 通讯作者：
    郭前建
Effects of disk surface roughness on static flying characteristics of air bearing slider by using a combined method of Reynolds equation and rough disk surface
雷诺方程与盘面粗糙度相结合的盘面粗糙度对气浮滑块静态飞行特性的影响
  • DOI：
    10.1007/s00542-015-2672-7
  • 发表时间：
    2016-09
  • 期刊：
    Microsystem Technologies
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨廷毅;D. W. Shu;B. J. Shi;X. Bai
  • 通讯作者：
    X. Bai
材料和几何尺寸对充气硬盘磁头滑块飞行特性 的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    机械工程与技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨廷毅;白雪;王辉林;刘原勇
  • 通讯作者：
    刘原勇
摄动法研究硬盘磁头滑块动态飞行特性
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    工程力学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨廷毅;白雪
  • 通讯作者：
    白雪

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其他文献

五轴机床误差测量与辨识技术的发展现状
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    机械制造与自动化
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    郭前建;杨廷毅;徐汝锋
  • 通讯作者：
    徐汝锋
考虑气体稀薄效应修正Reynolds方程的新模型及其数值分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    润滑与密封
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    史宝军;杨廷毅
  • 通讯作者：
    杨廷毅
磁盘速度与容纳系数对硬盘气膜静态特性的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    机械工程学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    史宝军;季家东;杨廷毅;于慧
  • 通讯作者：
    于慧
考虑磁头表面高度不连续性气膜润滑的数值模拟与有效算法
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    计算力学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨廷毅;史宝军;葛培琪;白雪
  • 通讯作者：
    白雪
基于逐步回归的机床温度测点优化及热误差建模技术
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    制造技术与机床
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    贺磊;于洁;于珊珊;杨廷毅
  • 通讯作者：
    杨廷毅

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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