納米間隙氣膜潤滑理論及應用（簡體書）

本書是一本全面系統地論述納米間隙氣膜潤滑理論及應用的專著。在微納機電系統（MEMS/NEMS)設計、製造和使用過程中，存在的微納米尺度效應等非常規物理機制，成為制約MEMS/NEMS設計、製造和應用水平提高的重要瓶頸。圍繞這些關鍵共性學術難題，全書深入系統地闡述微納米氣體潤滑基本理論、數值方法、氣膜潤滑靜動態承載特性等微納米氣體潤滑基礎理論及其工程應用。全書共8章，內容主要包括緒論、氣膜潤滑理論、納米間隙氣膜潤滑方程的數值計算方法、納米間隙氣膜非線性動力學分析方法、納米間隙氣膜靜態特性研究等等。

目錄
前言
符號表
第一篇 基本理論
第1章 緒論 3
1.1 引言 3
1.2 硬盤及其工作原理 4
1.2.1 硬盤的結構 4
1.2.2 硬盤的工作原理 6
1.3 納米間隙氣膜潤滑理論研究進展 8
1.3.1 氣膜潤滑方程及其修正 8
1.3.2 基於表面粗糙度和表面容納係數的氣膜潤滑方程 10
1.3.3 氣膜潤滑方程的數值求解方法 11
1.4 納米間隙氣膜動態特性研究進展 14
1.4.1 納米間隙氣膜非線性動力學分析 14
1.4.2 磁頭/磁盤系統衝擊響應數值研究 15
1.4.3 磁頭/磁盤系統衝擊響應實驗研究 17
1.5 本書的主要內容 19
第2章 氣膜潤滑理論 21
2.1 潤滑氣體的基本性質 21
2.1.1 氣體的基本定律 21
2.1.2 氣體的壓縮性 22
2.1.3 氣體的膨脹性 23
2.1.4 氣體的傳輸性 23
2.1.5 分子平均自由程 26
2.2 潤滑氣體的流動特性 28
2.2.1 潤滑氣體的流動狀態 28
2.2.2 氣體的薄層流動 28
2.3 氣體的潤滑機理 33
2.3.1 氣體動壓潤滑機理 33
2.3.2 氣體靜壓潤滑機理 36
2.4 氣膜潤滑方程的一般形式 38
2.4.1 磁頭/磁盤界面 38
2.4.2 一般形式Reynolds方程的推導 39
2.5 納米間隙氣膜潤滑方程及修正 42
2.5.1 稀薄效應 42
2.5.2 Reynolds方程的修正 43
2.5.3 兩種新型修正模型的推導 46
第二篇 研究方法
第3章 納米間隙氣膜潤滑方程的數值計算方法 55
3.1 最小二乘有限差分法 55
3.1.1 一維泰勒級數公式 55
3.1.2 二維泰勒級數公式 56
3.1.3 LSFD法求解一維Reynolds方程 59
3.1.4 LSFD法求解二維Reynolds方程 61
3.2 有限體積法 63
3.2.1 控制體的質量守恆 64
3.2.2 控制體的邊界不連續性 65
3.2.3 線高斯迭代 68
3.3 基於壓力梯度的自適應網格技術 70
3.3.1 磁頭/磁盤界面自適應網格技術 70
3.3.2 網格密度函數 72
3.3.3 Ω浮動塊自適應網格分佈 73
3.4 多重網格法 75
3.4.1 多重網格法各層網格的生成 75
3.4.2 多重網格法的實施 76
3.5 修正的LSFD法 77
3.5.1 LSFD法的修正 77
3.5.2 邊界離散點的處理 78
第4章 納米間隙氣膜非線性動力學分析方法 79
4.1 納米間隙氣膜動力學分析模型建立 79
4.1.1 物理參數分析模型 79
4.1.2 模態參數分析模型 80
4.1.3 磁頭/磁盤系統分析模型 80
4.1.4 磁頭/磁盤系統單自由度模型 81
4.1.5 磁頭/磁盤系統二自由度模型 81
4.2 單自由度模型非線性動力學分析方法 83
4.2.1 逐步積分法-線性加速度法 83
4.2.2 Wilson-θ法 86
4.2.3 Newmark-β法 87
4.2.4 修正Newmark-β法求解單自由度磁頭/磁盤系統動力平衡方程 88
4.3 二自由度模型非線性動力學分析方法 93
4.3.1 應用模態分析法求解動力平衡方程 94
4.3.2 動力平衡方程的坐標耦合與解耦 94
4.4 基於Reynolds方程的磁頭/磁盤系統動態特性分析 98
4.4.1 浮動塊平衡方程 98
4.4.2 牛頓迭代法 99
4.4.3 數學模型建立 100
第三篇 工程應用
第5章 納米間隙氣膜靜態特性研究 105
5.1 基於LSFD法的氣膜壓力分佈 105
5.1.1 二維平板浮動塊 105
5.1.2 IBM3380浮動塊 106
5.1.3 二軌道浮動塊 108
5.1.4 三墊式浮動塊 110
5.1.5 負壓浮動塊 112
5.2 基於有限體積法的氣膜壓力分佈 114
5.2.1 IBM3380浮動塊 114
5.2.2 TP1212浮動塊 115
5.2.3 負壓浮動塊1 118
5.2.4 負壓浮動塊2 120
5.3 基於多重網格法的氣膜壓力分佈 123
5.4 飛行參數對氣膜靜態特性的影響 125
5.4.1 飛行參數對氣膜承載力的影響 125
5.4.2 飛行參數對氣膜壓力中心的影響 126
第6章 表面粗糙度和表面容納係數對氣膜靜態特性的影響 129
6.1 基於表面粗糙度的氣膜潤滑方程 129
6.1.1 基本方程 129
6.1.2 數值求解 130
6.2 表面粗糙度對氣膜靜態特性的影響 133
6.2.1 表面粗糙度對氣膜壓力分佈的影響 133
6.2.2 表面粗糙度對氣膜承載力的影響 137
6.2.3 表面粗糙度對氣膜壓力中心的影響 140
6.2.4 幾種模型的計算效率對比 143
6.3 基於表面容納係數的分子氣膜潤滑方程 144
6.3.1 分子氣膜潤滑方程的多項式對數形式 144
6.3.2 分子氣膜潤滑方程的修正 145
6.3.3 修正模型精度驗證 150
6.4 表面容納係數對氣膜靜態特性的影響 151
6.4.1 表面容納係數對氣膜壓力分佈的影響 151
6.4.2 表面容納係數對氣膜承載力的影響 152
6.4.3 表面容納係數對氣膜壓力中心的影響 153
6.4.4 不同磁盤轉速時表面容納係數對氣膜壓力分佈的影響 154
6.5 表面粗糙度和容納係數對氣膜承載特性的複合影響 159
6.5.1 氣膜壓力分佈影響分析 159
6.5.2 氣膜承載力影響分析 161
6.5.3 氣膜壓力中心影響分析 162
第7章 納米間隙氣膜動態特性研究 164
7.1 單自由度系統非線性動力學分析 164
7.1.1 單自由度模型求解過程 164
7.1.2 浮動塊運動特性的時域分析 164
7.1.3 浮動塊運動特性的頻域分析 166
7.1.4 磁頭/磁盤系統浮動塊瞬態動力響應分析 168
7.2 二自由度系統非線性動力學分析 170
7.2.1 求解流程 170
7.2.2 浮動塊運動特性的時域分析 171
7.2.3 浮動塊運動特性的頻域分析 173
7.2.4 不同參數對浮動塊運動特性的影響 174
7.3 預緊力和磁盤轉速對浮動塊飛行特性的影響 178
7.3.1 浮動塊及其初始狀態 178
7.3.2 預緊力對浮動塊飛行特性的影響 179
7.3.3 磁盤轉速對浮動塊飛行特性的影響 183
7.4 空氣/氦氣混合氣中浮動塊的飛行特性 188
7.4.1 相關參數計算 188
7.4.2 飛行高度動態響應 190
7.4.3 飛行角度動態響應 193
7.4.4 浮動塊受力分析 194
7.5 浮動塊發生觸盤時的動態特性分析 199
7.5.1 觸盤現象 199
7.5.2 正常環境壓力(Ps=1.0atm)時的觸盤現象分析 200
7.5.3 較低環境壓力(Ps=0.5atm)時的觸盤現象分析 202
第8章 磁頭/磁盤系統衝擊響應分析 205
8.1 磁盤系統有限元模型 205
8.1.1 硬盤系統幾何模型 205
8.1.2 硬盤系統有限元模型 208
8.1.3 連接、接觸和邊界條件設置 212
8.2 磁頭/磁盤系統衝擊響應計算模型 215
8.2.1 基本流程 215
8.2.2 LS-DYNA隱式-顯式序列計算 216
8.2.3 重啟動 219
8.3 磁頭/磁盤系統衝擊響應分析 220
8.3.1 硬盤在外殼、懸臂和磁盤的衝擊響應 220
8.3.2 磁頭/磁盤系統衝擊響應 224
8.3.3 磁頭/磁盤界面接觸碰撞分析 230
8.4 磁頭/磁盤系統衝擊響應實驗測量 231
8.4.1 原理和裝置 231
8.4.2 測量和分析 235
參考文獻 237
彩圖