동적거동 해석을 고려한 부압발생 슬라이더의 최적설계 = (An) optimal design of a sub-ambient pressure slider with considering dynamic behavior analysis

국문 초록 (Abstract)

1957년에 처음으로 자기 하드디스크 드라이브 저장장치가 소개된 이래 헤드와 디스크 간극은 데이터 기록밀도를 높이기 위해서 계속적으로 감소되고 있다. 부압 슬라이더의 사용과 더불어 슬라이더의 간극은 빠른 속도로 줄어들었고 곧 20nm 까지 도달할 것으로 기대된다. 이러한 낮은 간극 때문에 작은 외란에 의해서도 헤드와 디스크 사이의 충돌이 일어나 중요한 데이터를 잃기가 쉽다. 따라서 동적 안정성이 필수적인 설계요구 사항이 되었다.
본 연구에서는 공기베어링에 의해 디스크 위를 부상하는 부압 헤드슬라이더에 대한 동적거동을 해석하기 위한 수치해석 프로그램을 개발하였다. 부압 슬라이더의 간극의 불연속성으로 인한 수치적 어려움을 극복하기 위해서 일반화된 윤활방정식에 제어체적 공식화를 적용하였다. 그리고 슬라이더의 운동을 기술하는 운동방정식을 풀기 위해서 4차 Runge-Kutta 방법을 사용하였다. 윤활방정식과 슬라이더의 운동방정식을 동시에 연계해서 계산하는 경우 그 해석시간이 많이 소요되므로 최적설계를 위해 윤활방정식을 선형화된 모델로 단순화하여 지배방정식을 구성하였다. 최적 설계를 수행한 결과 각 방향의 진폭이 초기설계에 비해 줄어들어 동적 안정성을 향상시킬 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Since the introduction of the first magnetic hard disk drive storage system in 1957, the head-disk spacing has continually decreased in order to get higher areal density. The spacing of sub-ambient pressure slider is being decreased rapidly and is expected to reach the sub-20 nm level soon. Due to such a low spacing, it is easy to encounter head-disk contacts even with small external disturbances. Therefore dynamic stability becomes an essential design requirement in slider design.
In this study, a computer program is developed for the analysis of the dynamic behavior of sub-ambient pressure sliders flying over the magnetic disk by air lubrication bearing. In order to overcome numerical difficulties caused by the clearance discontinuities at the sub-ambient pressure slider, the control volume formulation is used to solve the generalized lubrication equation numerically. The fourth order Runge-Kutta method is used to solve the equations of motion, which describe the slider dynamics. In order to save the simulation time in the optimal design process considering dynamic behavior of the slider, the Reynolds equation is replaced by the simplified linear spring model. After the optimal design, the dynamic stability is improved through the reduction of the maximum amplitudes of displacement, pitch, and roll.

목차 (Table of Contents)

• 목차 = ⅱ
• 요약문 = ⅰ
• List of Figures = ⅳ
• List of Tables = ⅵ
• Nomenclauture = ⅶ
• 제1장 서론 = 1
• 1.1 연구배경 = 1
• 1.2 연구동향 = 3
• 1.3 연구목적 및 연구내용 = 4
• 제2장 헤드슬라이더의 동적거동 해석 = 6
• 2.1 정적해석 = 6
• 2.1.1 윤활방정식 = 7
• 2.1.2 제어체적 공식화 = 11
• 2.1.3 역해석 문제 = 15
• 2.2 동적해석 = 16
• 2.2.1 운동방정식 = 16
• 제3장 해석 프로그램의 검증 = 21
• 3.1 검증 슬라이더의 모델 = 21
• 3.2 동적거동 비교 = 23
• 3.1.1 수직방향 충격하중 = 23
• 3.1.2 계단형 범프 = 25
• 3.1.3 디스크 진동 = 27
• 3.3 검증결과 및 고찰 = 29
• 제4장 동적거동을 고려한 최적설계 = 30
• 4.1 선형화 모델 = 30
• 4.2 설계문제 = 35
• 4.3 최적설계 슬라이더의 모델과 설계변수 = 36
• 4.4 최적화 문제 수식화 = 39
• 4.5 설계 프로그램의 구조 = 40
• 4.6 최적설계 결과 = 42
• 제5장 결론 = 46
• 참고문헌 = 47
• Abstract = 50