基于磁致伸缩效应的管道导波无损检测技术可以克服常规无损检测方法效率低、成本高的缺点,且能够实现非接触、大范围或长距离的快速检测,近年来已受到国内外无损检测界的极大关注。然而,由于管道裂纹处的局部应力和管内外介质工作压力的影响,使得传感器的缺陷识别能力下降和定位精度降低,因此,研究力磁耦合作用下外加应力与传感器磁致伸缩材料相关物理特性的作用关系,对管道磁致伸缩导波检测传感器的设计和研制具有非常重要的理论意义。本学位论文首先针对磁致伸缩材料的力磁耦合行为,从宏观热力学的角度,将磁致伸缩材料弹性Gibbs自由能G(σ,H)进行泰勒展开,运用热力学关系研究了能全面描述力磁耦合行为的非线性本构模型。在此基础上,通过变量替换分别得到力磁耦合作用下磁致伸缩材料的磁感应强度模型和磁导率模型；根据上述模型,得出磁致伸缩材料在不同外应力作用下磁场与磁感应强度对应关系曲线和处于不同外加磁场作用下的应力与磁导率对应关系曲线；并系统描述了力磁耦合现象以及应力对磁致伸缩应变的影响规律。其次,根据磁致伸缩材料具有磁致伸缩效应和磁致伸缩逆效应的特性,介绍了基于磁致伸缩效应的管道导波无损检测原理,即导波的产生是基于磁致伸缩效应,而导波的检测是基于磁致伸缩逆效应。并对静态偏置磁场的作用原理和作用方式进行了详细的描述,给出了由螺线管线圈通电产生偏置磁场的计算公式。接着,运用有限元计算软件对激励磁场进行模拟分析,在力磁耦合关系理论模型的基础上,代入耦合参数,通过设定跑道型线圈和线圈匝数,由线圈通电产生磁场,管道置于感应磁场中被磁化加载的计算方法,得到了不同外磁场和不同应力下的H-B曲线。根据应力σ随磁场H的变化曲线,确定了最佳极化磁场。在此基础上,通过计算得到应力与跑道线圈匝数的对应关系,为不同应力状态下激励线圈匝数的选取提供了理论依据。磁致伸缩效应在圆管中激励导波是由磁致伸缩力作用的结果,而磁致伸缩力是由磁弹性能变化导致的。为此,本学位论文还理论研究了磁致伸缩力模型,系统分析了磁致伸缩力与静态偏置磁场和交变磁场之间存在的作用关系。基于该模型,设计了激励纵向导波的磁致伸缩传感器结构,给出了较详细的设计方案。最后,对磁致伸缩导波传感器进行了数值模拟,并分别采用小幅值正弦电流和直流电流加载模拟交变激励磁场和静态偏置磁场,通过瞬态求解实现了磁致伸缩导波传感器磁场能向机械能转化的模拟；采用压电单元,将传感器的激磁安匝数等效为压电单元的电压输入,通过计算得到了磁致伸缩纵向导波在管道中传播的振形图。对管道纵向导波裂纹检测进行了仿真实验。结果表明,利用该磁致伸缩传感器激励出的纵向导波可以较为精确地对缺陷进行定位和识别。