An adaptive finite element strategy for analysis of air lubrication in the headdisk interface of a hard disk drive

Abstract

In this paper a finite element solution of the modified Reynolds equation using isoparametric, bilinear quadrilateral elements with an adaptive meshing strategy is presented. The modified hydrodynamic stiffness method (Smith, 1995) was used to obtain a coupled solution of the air bearing equation with the slider equilibrium equations. The vertex label based adaptive meshing algorithm of Cheng et al. (1999) was also implemented. The problem is initially solved with a regular quadrilateral FE mesh. The mesh adaptation (hrefinement) is based on the relative pressure gradients in the initial solution, and on the geometry of the slider. The refinement is implemented on an existing element, if preset criteria on the pressure gradient and/or slider geometry are exceeded. The method is described in detail. Examples are presented. Two types of sliders have been used, namely the 50% taper flat slider, and the negative air bearing slider.

Cet article présente une solution de l'équation modifiée de Reynolds utilisant une stratégie adaptative de maillage basée sur des éléments finis qui sont quadrilatéraux, isoparamétriques et bilinéaires. La méthode hydrodynamique modifiée de rigidité (Smith, 1995) a été employée pour obtenir une solution commune entre l'équation d'écoulement fluide compressible et les équations d'équilibre d'un patin articulé. L'algorithme adaptatif de maillage de Cheng et co-auteurs (1999) a été utilisé. Au début, le problème est résolu en utilisant des éléments finis quadrilatéraux conventionels. L'adaptation de maillage (stratégie de raffinement h) est basée sur les gradients relatifs de pression de la solution initiale et sur la géométrie du patin. Le raffinement est implémenté sur un élément existant, si des limites présélectionnées sur le gradient de pression et/ou la géométrie du patin sont dépassées. La méthode est décrite en détail et des exemples sont présentés.

Keywords:

• air lubrication
• finite elements
• adaptive mesh
• head-disk interface

Mots clés:

• aérer la lubrification
• éléments finis
• maille adaptative
• interface de tête-disque