การวิเคราะห์ความเสียหายของแผ่นเพียโซอิเล็กทริกในชุดหัวอ่าน/เขียนฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
ปัญหาที่พบมากในกระบวนการประกอบชุดหัวอ่าน/เขียนฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ในปัจจุบัน คือ ชิ้นส่วนแผ่นเพียโซอิเล็กทริกขนาดเล็กที่มีคุณสมบัติแข็งแต่เปราะเกิดการแตกร้าวได้ง่าย วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้คือการทำนายพฤติกรรมภายใต้ภาวะการชนกระแทกของแบบจำลองชุดหัวอ่าน/เขียนข้อมูลที่มีแผ่นเพียโซอิเล็กทริกติดตั้งอยู่ ซึ่งผู้วิจัยพบว่าแผ่นเพียโซอิเล็กทริกเกิดความเสียหายในขั้นตอนการติดตั้งชุดหัวอ่านเข้ากับอุปกรณ์รองรับ งานวิจัยนี้ได้ทำการสร้างแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ของชุดหัวอ่าน/เขียนข้อมูลด้วยวัสดุเหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless Steel) และเพียโซอิเล็กทริก (PZT) จากนั้นทำการเทียบแรงกดบนชิ้นงานเป็นความเร็วในการชนกระแทกที่ช่วงความเร็ว 8.4-9.2 m/s และวิเคราะห์ด้วยวิธีพลศาสตร์แบบชัดแจ้งในขณะที่ชุดหัวอ่าน/เขียนข้อมูลกระแทกกับฐานรองรับที่ไม่เสียรูป ลักษณะของชุดหัวอ่าน/เขียนสามารถเคลื่อนตัวได้อิสระในแนวดิ่ง (แกน Z) แต่ไม่สามารถเคลื่อนตัวได้ในระนาบ (แกน X, Y) หลังจากวิเคราะห์จะเป็นการตรวจสอบผลการเสียรูป (Deformation) และความเค้น (Von Mises Stress) ของแบบจำลอง ผลการวิเคราะห์สามารถแสดงพฤติกรรมการแกว่งของหัวอ่าน/เขียนข้อมูลได้สมจริง และแสดงให้เห็นว่าความเค้น Von Mises สูงสุดในแผ่นเพียโซอิเล็กทริกเกิดจากการกระแทกและเกิดขึ้นก่อนที่หัวอ่าน/เขียนข้อมูลจะมีระยะการแกว่งตัวสูงสุด จึงควรวิเคราะห์แบบจำลองโดยใช้การคำนวณแบบพลศาสตร์ ความเร็วในการชนกระแทกเป็นปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อความเค้นที่เกิดขึ้น ดังจะเห็นได้จากความเค้น Von Mises สูงสุดในแผ่นเพียโซอิเล็กทริกมีค่า 135.74-154.61 MPa โดยค่าความเค้นจะสูงขึ้นตามค่าความเร็วชนกระแทกที่สูงขึ้น อย่างไรก็ดีการวิเคราะห์ทำนายว่าแผ่นเพียโซอิเล็กทริกเกิดความเสียหายทุกค่าความเร็วชนกระแทกซึ่งไม่สอดคล้องกับผลการทดสอบจริง และการเสียรูปของแผ่นเพียโซอิเล็กทริกจากการวิเคราะห์ยังมีค่าสูงเกินจริง ผู้วิจัยเชื่อว่าสามารถปรับปรุงการวิเคราะห์ส่วนนี้ได้โดยการทดสอบวัดสมบัติทางกลและเกณฑ์ความเสียหายของวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่ใช้จริงและนำค่ามาใช้ในการสร้างแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ ผลการศึกษาที่ได้จากงานวิจัยนี้สามารถใช้เป็นแนวทางในการปรับปรุงกระบวนการประกอบชุดหัวอ่าน/เขียนข้อมูลเพื่อลดปริมาณชิ้นงานที่เสียหายได้
คำสำคัญ
ชุดหัวอ่าน/เขียนฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ วัสดุเพียโซอิเล็กทริก การกระแทก การวิเคราะห์ด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ พลศาสตร์แบบชัดแจ้ง
Article Details
References
“Hard Disk Drive,” Wikipedia [Online]. เข้าถึงได้จาก: https://en.wikipedia.org/wiki/Hard_disk_drive [เข้าถึงเมื่อ 11 กันยายน 2557].
พิมพ์มาดา โสภณ. การปรับปรุงวิธีการทดสอบค่าความจุไฟฟ้าในกระบวนการประกอบชุดหัวเขียน-หัวอ่านข้อมูล วิทยานิพนธ์ปริญญาวิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิศวกรรมการจัดการพลังงาน มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี; 2563.
P. Wattananukulchai and D. Isarakorn, "Reliability of PMN-PT Piezoelectric Material as an Actuator for High Density Hard Disk Drive," 2018 15th International Conference on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology (ECTI-CON), Chiang Rai, Thailand, 2018. pp. 188-192.
K. W. Chan and W. -H. Liao, "Shock test and analysis of assembled suspension with microactuators in hard disk drives," 2009 International Conference on Mechatronics and Automation, Changchun, China, 2009. pp. 960-965.
อนุชา สายเจริญ ปฎิภาณ ถิ่นพระบาท และ ประกอบ ชาติภุกต, การวิเคราะห์พารามิเตอร์ที่มีผลกระทบต่อความสามารถในการต้านทานของการเจาะทะลุของกระสุนบนผิวเกราะอะลูมิเนียมด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์, RMUTP Research Journal, Vol. 16, No. 1; 2565.
TANG En-ling, LI Yue, WANG Rui-zhi, HAN Ya-fei, WANG Li, XIANG Sheng-hai, LI Zhen-bo, GAO Guo-wen, LIN Xiao-chu, LIU Mei, XU Ying-liang. Research on Dynamic Response and Electrical Output Characteristics of PZT-5H Piezoelectric Ceramics under Strong Shock. Acta Armamentarii; 2018, Vol.39, 983-990.
Steven R. Anton, Alper Erturk, and Daniel J. Inman. Bending Strength of Piezoelectric Ceramics and Single Crystals for Multifunctional Load-Bearing Applications, IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control; Vol.59, No.6, 2012, 1085-1092.