超磁致伸缩材料(GMM)作为一种新型智能材料,具有广泛的应用前景,以其为核心所开发的超磁致伸缩换能器更是在精密加工、超声器件等动态应用领域具有独特的优势。在实际应用当中,尤其在高频工作下,GMM自身的损耗以及线圈的发热会引起超磁致伸缩换能器严重的温升,温度的升高将制约换能器的应用。本文在了解温度对换能器影响的基础上,对GMM采取结构处理以降低涡流损耗,并采用直接高效的强制冷却控制损耗所造成的温升,同时对换能器进行涡流损耗分析、多场耦合分析及温控研究。本文的主要工作包括以下几个方面:(1)根据超磁致伸缩换能器的工作原理和特性,对换能器的总体结构进行设计:对驱动元件进行选型,并对GMM棒材采取切片叠堆及轴向中空处理以减少涡流损耗,同时相应地设计了激励线圈的几何尺寸以及磁场回路;为避免GMM受拉应力作用,设计大小可调节的螺旋碟簧式预压力机构;完成新型冷却方式——热管散热器的结构设计。(2)基于热力学原理建立GMM磁-机-热多场耦合磁致伸缩应变模型;分析GMM涡流损耗,建立不同结构的涡流损耗模型,并通过对比验证了中空叠堆结构抑制涡流的有效性;基于中空叠堆结构的涡流损耗模型和应变模型,建立GMM多场耦合磁滞非线性模型,并对该模型进行数值模拟,得到1000HzGMM磁滞回线;基于所建立的磁滞非线性模型和应变模型,建立换能器多场耦合磁滞非线性动力学模型,对换能器的动态特性进行描述。(3)通过对GMM磁滞曲线的面积进行计算,得到GMM损耗功率,并根据温升情况分析温度对GMM磁滞曲线、磁致伸缩应变、整体应变和输出位移的影响;针对换能器高频下损耗和温升较为严重的特点,对带有翅片的热管散热器进行设计、计算以及仿真分析,并对热管散热器的热管长度、翅片外半径、翅片厚度、翅片数目和风冷程度进行了参数优化设计,优化后的热管散热器可将换能器降至室温。(4)对GMM进行磁滞回线测量实验,1000HzGMM磁滞回线的实验结果与磁滞非线性模型的数值模拟结果拥有良好的拟合效果,证明了该模型的有效性,同时分析了不同频率、偏置磁场条件下磁滞曲线轨迹、面积以及损耗功率的变化规律;实验测量了换能器的动态特性,分析不同频率、偏置磁场条件对换能器输出特性的影响;对换能器进行热管散热器温控实验,在带有翅片的热管散热器冷却下,换能器可降至室温。本文的研究成果为降低GMM涡流损耗、建立超磁致伸缩换能器模型以及控制其温升提供新的方法和思路,对于换能器的高频应用具有重要的工程价值。