TbDyFe合金具有伸缩应变大、能量密度高和响应速度快等特性,由于其良好的性能,可以作为声呐、超声换能器、微位移驱动器和电声换能器等器件的驱动元件,被广泛应用到军事、海洋探测与开发和功率超声等领域。本文以超磁致伸缩材料为基础,分析材料的磁致伸缩特性,通过传输矩阵法对换能器进行设计,使用有限元方法对设计的换能器进行磁场分析、静力分析和动力学分析,验证设计的准确性,最后进行样机的装配。首先是TbDyFe合金的制备,其主要步骤为:把母合金熔炼成合金棒,对合金棒进行定向凝固,对定向后的合金棒进行热处理。使用磁致伸缩应变测量仪对TbDyFe合金进行性能测试,得到不同压力下的磁致伸缩曲线、B-H曲线和动态应变系数。然后以TbDyFe合金为基础,使用传输矩阵法设计换能器的结构,分析了不同长度的合金棒对换能器结构的影响。通过分析不同压力下的伸缩应变曲线,确定换能器预压力、偏置磁场的大小和激励线圈的参数,其中预压力大小为5 MPa,偏置磁场大小为40 k A/m。选择使用碟簧对合金棒施加预压力;通过在合金棒两端设置永久磁铁来施加偏置磁场;由于TbDyFe合金导磁性能较差,设计闭合磁路以增加超磁致伸缩棒上的磁场强度。最后对换能器进行有限元分析,其中包括磁场分析、静力和动力学分析。研究了偏置磁场的施加方式和导磁材料的相对磁导率对超磁致伸缩材料内部磁场的影响,确定偏置磁场的施加方式和导磁材料的相对磁导率的大小。对换能器进行静力学分析,研究预压力对超磁致伸缩材料的影响;在静力学分析的基础上,对换能器振动系统进行模态分析,得到换能器在频率为20254 Hz时的纵向振型,并对其进行谐响应分析,发现在20 k Hz左右时输出振幅最大,验证了传输矩阵法的正确性;此外,还研究了超磁致伸缩棒的长度对纵向振型下的换能器频率的影响。图65幅,表5个,参考文献94篇。