稀土超磁致伸缩材料是近几年发展起来的新型功能材料,因其具有磁致伸缩应变大,响应速度快,能量密度高,磁机耦合系数高等特性,已经在机电领域显示出广阔的应用前景。换能器是功率超声的核心器件,寻找、开发新材料是发展新型换能器的重要途径。稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D具有优良性能,目前已经有不少研究单位将这种材料应用于超磁致伸缩换能器中。本文以基于该新型功能类材料的换能器为研究对象,对超磁致伸缩材料Terfenol-D的工作特性,超磁致伸缩换能器的磁路结构设计与数值分析等方面进行深入与系统的研究,从而为超磁致伸缩器件的优化设计提供了理论依据。本文首先介绍磁致伸缩现象机理,超磁致伸缩材料的主要特性,发展历史以及研究现状,综述国内外超磁致伸缩换能器的研究情况以及存在问题,由此引出本课题选题意义并给出相关的研究内容。其次,系统性阐述换能器的工作原理,以及设计的一般方法。根据稀土超磁致伸缩材料的工作特性,结合超磁致伸缩换能器设计的几个关键问题,给出了设计的超磁致伸缩换能器的结构简图,提出了超磁致伸缩换能器磁路结构设计的方法,其中包括激励线圈的设计、偏置磁场的设计、超磁致伸缩棒处理以及漏磁场处理。继而,介绍了有限元分析方法。利用有限元分析软件对超磁致伸缩换能器进行了有限元分析,对磁路结构进行了相应的优化,重点研究了如何改善超磁致伸缩换能器内部磁场大小和分布,减小涡流损耗。用有限元分析软件对超磁致伸缩换能器磁场分布以及磁场强度大小进行有限元仿真,确定优化后换能器结构。最后,对超磁致伸缩换能器进行了静态应变测试实验研究,通过实验数据验证了优化的可行性,并在实验的基础上,对相似结构的超磁致伸缩换能器激励线圈匝数提出了优化方案。总结优化结论后对今后的工作进行了展望。