超磁致伸缩执行器
超磁致伸缩执行器磁滞模型的参数识别
超磁致伸缩执行器磁滞模型的参数识别超磁致伸缩执行器是一种利用磁致伸缩效应来实现精确控制运动的装置，广泛应用于微机电系统（MEMS）、机器人技术和精密仪器中。
为了精确地模拟和预测超磁致伸缩执行器的性能，研究人员通常会使用磁滞模型进行参数识别。
本文将深入探讨超磁致伸缩执行器磁滞模型的参数识别，帮助读者更好地理解这一重要的技术。
一、超磁致伸缩执行器的磁致伸缩效应超磁致伸缩执行器是基于磁致伸缩效应的设备，该效应是指在外加磁场作用下，材料会发生线性变形的现象。
这种线性变形是由于磁场引起了磁矩的重排，从而导致了材料的维薄效应。
利用这一效应，超磁致伸缩执行器可以实现微米级别的运动控制。
二、超磁致伸缩执行器的磁滞模型为了更准确地描述超磁致伸缩执行器的性能，研究人员通常会采用磁滞模型来建模。
磁滞模型是基于磁滞回线的理论，可以描述材料在外加磁场变化下的磁化特性。
常见的磁滞模型包括Jiles-Atherton模型、Preisach模型和Jiang模型等。
三、超磁致伸缩执行器磁滞模型参数的识别参数识别是指通过实验或模拟的方法来确定磁滞模型中的参数数值。
对于超磁致伸缩执行器的磁滞模型，参数识别非常重要，因为它可以影响到模型的精度和预测能力。
常见的参数识别方法包括定标试验法、曲线拟合法和遗传算法等。
1. 定标试验法：该方法是通过测量超磁致伸缩执行器在不同磁场和机械载荷下的磁致伸缩行为来确定模型参数。
通过对一系列定标试验数据的拟合，可以得到最优的参数数值。
2. 曲线拟合法：该方法是通过将超磁致伸缩执行器的实际输出与模型输出进行比较，采用最小二乘法来拟合参数。
通过不断调整模型参数的数值，使得模型输出与实际输出的误差最小化。
3. 遗传算法：该方法是一种优化算法，通过模拟进化过程来搜索最优解。
对于超磁致伸缩执行器的磁滞模型参数识别，遗传算法可以通过对参数进行随机组合和变异，然后根据适应度函数来筛选最优解。
四、对超磁致伸缩执行器磁滞模型参数识别的观点和理解在进行超磁致伸缩执行器磁滞模型参数识别时，需要考虑到实际应用中的各种因素，如温度变化、机械载荷以及外界杂散磁场的影响。
基于圆形膜片柔性结构的超磁致伸缩执行器的研究
・
致 伸缩材 料 的应 变不 仅 与 磁场 强度 有 关 ， 而且 与 所受应 力有 关 ｉ 同样 ， 材料 内任 意一点 的磁感 应强
度不仅 和磁 场 强度有 关 ， 而且 和所受应 力有 关 ， 即 材料 内部 的磁 学量与 力学 量之 闻是一 种复 杂的耦 台关 系 由于应 力 对超磁 致 伸缩 材料 的伸 长量有
（ ） 磁状 态 ａ退 （ ） 和 磁 化 状 态 ｂ饱
围 １ 磁 致伸 缩 机 理 的物 理 图像
普 通 传动 副 的微 位 移精 度低 ， 且 存 在 摩擦 和爬 并 行 现象 ， 以满足微 米 、 难 纳米级 微位 移驱 动器 的动 静 态精 度要 求 。 为此 ， 笔者 提 出一种 圆形膜 片柔 性
结 构作 为超磁 致 伸缩微 位移执 行器 的力 和位 移 的
磁致 伸缩 材 料 将 不再 伸 长 ， 即达 到 饱 和磁 致 伸 缩
状态 （ 图 ｌ ） 。 见 ｂ ］
１ ２ 超磁 致伸 缩材 料的 工作 特性 ． 超 磁致 伸缩 材 料工作 特性 可用 如下本构 方 程
表 示
Ｓ — 了 １＋ ｄＨ
厂 １ —
— ＿］ 在超 精 密加 工 密定位 、 精 机器 人 以及 微 型机 电系
统等 锈 域显 示出 良好 的 应用前 景 。 ］ 在 超 磁致 伸缩 材 料 的应 用 研究 中 ， 位 移 和 微 输 出力 的传 递是 执 行器 设计 的难 点 和 重点 之 一 ，
分别 表示 柔度 系数 和磁导 率 ， 它们分别受 磁场强 度及 应力影响
从本 构 方 程可 以看 出 ， 于极 化状 态 的 超磁 处
物 体 在磁 场 中磁 化 时 ， 沿 着 磁 化方 向发 生 会 微量 的伸长或 缩短 ， 一 现象称 为磁致 伸 缩现 象 。 这 超 磁 致 伸 缩 材 料 工作 机 理 的 简单 物 理 图像 见 图 ｌ 在居 里温度 以下 ， 。 超磁 致伸缩 材料 是多 畴结 构 ， 在 每个 磁畴 中 ， 原子 的磁 矩有 序排列 ， 引起 品格 发 生形 变 由于各个磁 畴 的 自发 磁化方 向不 尽相 同 ， 因此 在 投 有外 加 磁 场时 ， 自发磁 化 引起 的形 变 互 相 抵 消 ， 示不 出宏 观效 应 （ 图 １ ） 显 见 ａ 。外加 磁 场 后， 各个 磁畴 的 自发磁 化方 向都转 向外磁场 方 向 ， 于是 产 生了宏 观磁致 伸缩 现象 随着 外磁 场 增大 到某 一数 值 ， 各个磁 畴完 全平行 于外磁 场 方 向 ， 超
超磁致伸缩单晶微位移致动器特性研究
超磁致伸缩材料（ ｂ Ｄ ０ Ｆ２ 的大应变和 Ｔ 口 ｙ ｅ） 高能量密度 ， 使它在高精度微位移致动与控制领 域 获得广 泛应 用… 。据 报道 ， 用 ＴｂＯ －ｅ 采 ＿ ｙＶ 材 料和辅助 水冷 系统 的微 位 移 致动 器 ， 已可 实现 亚 微米到纳米级的超高精度位移致动控制。这引起 了诸多 高技术 领域 的专家 们 的关注 。与传统 压 电 陶瓷制成 的微位 移 致动器 相 比， 它具 有应变 量大 、 输出力大 、 机电耦合系数高及储能密度高等优点 。 磁致伸缩材料的性能是影响微位移致动器控 制精度的核心因素 ， 而致动器结构的简化、 成本的 降低则 是决 定 它能 否实用 化的关 键 。高性 能的磁
耗 太多 、 体积太 大 ；
（） Ｒ ｅ 材料施 加预应 力以提高其磁致 ２对 Ｆ２ 伸缩率 ， 避免它在拉伸状态下工作 ；
维普资讯
２ ０
材
料
开
发
与
应
用
２ ０ 年 ６月 ０２
（） 置直 流偏 场以克服 Ｒ ｅ 工作 曲线上 ３预 Ｆｚ
的“ 区” ； 死 段
３
１ ｏ Ｆ ｌ ｊ ｒｓ ｌ ａ ｅｉ ｅ Ｔｈ ｇ ｅ ｓ ｉｉｅｐｏｅｔ ｆ ｈ ｃ ａ ｒｗ ｓ ｅ ｒ ｉｅ Ｒ ｓｌ ３ 电ｓ ￣ｃ ｔ ｓｄｓ ｎｄ ｙ７ ｇ ｎ ｙａｗ ｇ ｅｍａｎｔ ｔ ｃｖ ｒｐｒ ｏ ｔｅ ｔ ｔ ａ ｔ ｍｎ ｏ ｒｔ ｙ ａｕ ｏ ｄｅ ｄ ｅ ｔ ｕｓ
．
超磁致伸缩材料及其应用
超磁致伸缩材料及其应用一、超磁致伸缩材料基本概况1．研究背景20世纪80年代,人们提出智能材料的概念以来,有关智能材料的机理研究、智能材料的制备研究以及以智能材料为基础的智能系统与结构的基础与应用研究已成为当前力学、物理、材料、电子、机械及信息等学界的重大基础及应用课题,并已取得了大量卓有成效的研究,形成了"智能系统科学与技术"这一新兴的多学科交叉的高技术领域。
它不仅用在国防和航空航天等高技术领域,而且在民用工业及生产活动中也发挥着重要的作用。
智能材料系统与结构中智能材料是关键,它是一种能通过系统调节材料自身各种功能并对外界复杂环境条件发生变化做出反应而发挥主动功能作用的材料,即具有感知环境变化和对外部环境做出反应的能力。
其中,一类是对外界的刺激强度具有感知,如应力、应变、热、光、电、磁、化学和辐射等;一类是对外界环境条件发生变化做出响应。
它们可以和控制电路、接口电路、数据通信及电源系统于一体,实现能量之间的转换,制作出各种各样的传感功能和执行功能的智能器件。
目前,智能材料具有驱动功能作用的主要有压电材料、电致伸缩材料、形状记忆合金材料、磁致伸缩材料和电(磁)流变液等。
表1.1所示为几种智能材料基本性能。
表1.1 几种常用功能材料基本性能指标超磁致伸缩材料作为一种新型智能材料,其优良的磁致伸缩特性及潜在的应用前景在高技术领域得到普遍的重视,成为智能材料及其应用设计中的一种重要单元。
2.超磁致伸缩的发展1842年著名物理学家焦耳首先发现:在磁场中,铁磁材料由于磁化状态的改变会引起其长度或体积发生微小变化，这种现象就称为磁致伸缩，也称焦耳效应。
其中，材料在磁化过程中伴有晶格的自发变形，会沿磁化方向发生伸长或缩短的现象，称为线磁致伸缩;体积发生膨胀或收缩的现象称为体积磁致伸缩。
一般的，由于体积磁致伸缩发生在材料达到饱和磁化以后，且体积磁致伸缩比线磁致伸缩要微弱得多，实际用途又非常少，在测量和研究中考虑得很少，因此工程上的磁致伸缩均指线磁致伸缩。
高精度快速刀具伺服系统中的超磁致伸缩致动器结构设计与控制研究
磁致伸缩材料在磁场 的作用下产生伸缩 ， 从而驱动刀具实现 切 削运动 。在激励线 圈的内外 圆柱面上均设置有水冷槽 ，内 层 水冷槽防止线圈热量 向Ｇ ＭＭ传递 ，外层水冷槽 防止热量
向 致 动 器 壳 体传 递 ， 消 除线 圈热 量 对 精 度 的 影 响 。
参 考文献 ： ［】 吕福 在， 占琴 ， 宗军 等 ． 精度 非 圆截 面加 工机 构 设计 及其 控制 方 １ 项 戚 高 法研 究［］ Ｊ机械 科学 与技术 ， ０ ， （） ６ ￣７６ ． ２ ０１ ５： ５ ６ ． ０ ９ ７
［】 ｔ ｍａ Ｃ ． ｔ ｅ Ｍａｈｎｎ ｙ ｅ ２ ｒ ｏ． ｉ ｃ ｉｉｇ Ｓ ￣ ｍｓ［ Ｂ Ｏ ］ ２ ０ ， ｔ ： ｗ Ｅ ｅ Ａｃ ｖ Ｅ ／ Ｌ ． ０ ７ ｈｔ ／ ｐ ／ｗ ｗ．
要 ：本文介 绍 了超磁致伸 缩致动器的结构设 计与位 移精 密控 制方法，给 出了致动 器的结构原理 图，并对位移的ＰＤ控制 Ｉ
及模糊ＰＤ Ｉ控制 两种控制 方法进行 了仿真研 究。仿真 结果表 明，模糊ＰＤ Ｉ 控制具有较 好的控制精度 。
关键 词：快速刀具伺服；超磁伸缩致动器；精 密控制
表 １ 参 数变 化前 后的跟 踪误 差幅 值变 化 （ ） ｕｍ
１ 超磁 致 伸缩 致 动器 结构 设计
超 磁 致 伸 缩 材 料， 常 ｊ Ｊ Ｉ 采 用 补 偿 或恒 温 的 方法 。Ｙ ｎ ［建 立 超 磁 致 伸 缩 材 料 （ ａｔ ａｇ３ 】 Ｇｉ ｎ Ｍａｎ ｔｓ ｉｔ ｅＭａ ｒ ｌ ＭＭ ）温 度 与 位 移 的模 型 ，并将 ｇ ｅｏｔｃ ｖ ｔｉ ，Ｇ ｒ ｉ ｅａ
超磁致伸缩材料传感／执行器的原理与应用
． Ｉ 专 家论 坛
超 磁 致 伸 缩材 料 传 感 ／ 执 行 器 的原 理 与应 用
贾振 元 ， 王福 吉， 邹 君 ， 刘 慧芳
（ 大 连 理工 大学 精 密 与 特 种 加 工 教 育 部 重 点 实 验 室 大连 ， １ １ ６ ０ ２ ４ ）
摘要
超磁致 伸缩材料作为一种新 型功能材料 ， 具有 大磁致 伸缩 系数 、 高能量 密度 、 低磁场 驱动 、 高磁 机转换效 率
以及快速 响应 等优点 ， 在精 密驱动技术 中得到应用 。利用磁致 伸缩 正效应 可以开发 微位移 执行器 、 力 驱动器 和振 动器 等 ； 利用磁致伸 缩逆 效应可 以开发力 、 力矩 和位移传感器 以及能量转换器 ； 利用磁致伸 缩正逆耦 合效应 可以开
发集驱 动 、 力测量 、 输 出力 感 知 和输 出力 可 控 等 功 能 于 一 体 的 器 件 ， 应 用 于 精 密 驱 动 领 域 。 在 分 析 了磁 致 伸 缩 正 效
材料 研究 所合 作开发 出了成分 为 Ｔｂ ∽Ｄｙ Ｆ ｅ 。 的
磁致 伸缩 材料 ， 由于其 磁 致 伸 缩 系 数 比一般 磁 致 伸
密度、 低 磁场 驱 动 、 高 磁 机转换 效 率 以及快 速 响应等
优 点 。该材 料具 有 强 磁 致 伸 缩 正效 应 、 逆 效应 以及 正 逆耦 合效 应 ， 表 现 出 双 向 能 量转 换 特 性 。利 用 磁
应、 逆效应 以及正逆耦合效 应机理的基础上 ， 阐述 了超磁致伸缩传感器 、 执行器以及传感执 行一体化 器件 的开发原
理及 其 应 用 现 状 。 关键 词 超 磁 致 伸 缩 材 料 ；执 行 器 ； ３ ４ ；ＴＨ３ ９
超磁致伸缩致动器的新型磁路设计与分析
中央钢铁金属研究所等最早应用 Ｇ Ａ设计 出方环换 能 Ｍ 器， 将其应用于水下声纳系统中并试验 。结构如图 ２示 ， 动 驱 部分 由 ４根 的 Ｔ ｒ ｎ ｌ ｅ ｅｏ —Ｄ棒 组 成 ， 共 振 频 率 可 达 ９０ ｆ 其 ０
Ｈｚ ［
。
高的机 电耦合特 性， 能够高效的进行磁能 到机械能 的转换 ；） ３
磁路进行 了分析， 在此基础上提 出新型磁路结构。此磁路由环形超磁致伸缩材料 （ Ｍ 及导磁材料构成。新型 Ｇ Ａ结构中线 Ｇ Ｍ） Ｍ
圈所产 生的功耗要 远 低 于现 Ｇ Ａ， Ｍ 并且环 状 Ｇ Ｍ 可以有 效地将 线 圈和 Ｇ Ｍ 隔 离， 而 降低 了由 于温升 过 大导 致 Ｇ Ｍ 棒 热 Ｍ Ｍ 从 Ｍ
ｎｅ ｃ ｕ ｅ ｅ ｓｔｍｐ ｒｔ ｒ ｉｅ ｔａ ｈｅｃ ｒ ｅ ． ｗ ａ ｓ ｓｌｓ ｅ ｅ ａｕｅ ｒｓ ｈ ｎ ｔ ｕ ｒｎｔ Ｋｅ ｒ ｓ：ｉ ｔｍａ ｎ ｔｓｒｃｉｅ ａ ｔ ｔｒ ｙ ｗｏ ｄ ｇａ ｇ ｅｏ ｔｉｔｖ ｃｕａｏ ；ｍａ ｎ ｔｃ ｃｒｕ ｔ ｉｎ ｎ ｇ ｅｉ ｉｃ ｉ；ｒ ｇ；ｐ ｗｅ ｏ ｓ ｍｐ ｉｎ ｏ ｒｃ ｎ ｕ ｔｏ
・
３ ０・
超 磁 致 伸 缩 致 动 器 的新 型磁 路 设计 与分 析 术
吴家龙 ， 李宝福 ， 张广坤 ， 俞立钧
（ 海大 学 机 电工程 与 自动化 学 院， 上 上海 ２ｏ７ ） ｏ０２
摘 要 ： 文提 出 了超磁 伸 缩致动 器 （ Ｍ 的新型磁 路 结构 ， 而 对 Ｇ 本 Ｇ Ａ） 从 ＭＡ 中存 在 的温 升 问题提 出 了解决 方案 。 对现 有 Ｇ Ａ及 其 Ｍ
所将 Ｇ Ａ应用于燃油喷射器系统 中。 Ｍ
现主动减振 …。
超磁致伸缩微位移执行器的矢量阻抗分析模型
执行器的设计 、 制和性能优化提供指导 。 控
关 键 词 ： 磁 致 伸 缩微 位 移 执 行 器 ； 滞 ； 流 ； 量 阻抗 超 磁 涡 矢
中 图分 类 号 ： ＴＨ７ ３ ２ ０ ．７
文献标识码 ： Ａ
Ｖｅ ｔ ｒ ｉ ｐｅ ａ ｅ ａ ｌ ｓｓ ｍ ｏ ｅ ｏ ｃ ｏ ｍ ｄ ｎｃ ｎａ ｙ ｉ ｄ ｌｆ ｒ ｇ ａ ｔｍ ａ ｎｅ ０ ｔ ｉ ｔＶ ｉ ｒ — ｉ ｐ ａ ｅ ｅ ｔ ａ ｔ ａ ｏ ｉｎ ｇ ｔ ｓｒｃ ｉ ｅｍ ｃ ｏ ｄ ｓ ｌ ｃ ｍ ｎ ｃ ｕ ｔ ｒ
ＪＡ ｈ ｎ ｙ ａ Ｉ Ｚ ｅ — ｕ ｎ，Ｗ ＡＮＧ ａ — ｕ Ｘｉｏ ｙ ，Ｗ ＡＮＧ — Ｆｕｊ ｉ
（ ｙＬａ ｏ ａ ｏ ｙ ｆ ｒＰｒｃｓｏ ｎ ｎ ｔａ ｔｏ ａ ｃ ｉ ｉ ｇ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ ｏ ｈ ｎ ｓｒ Ｋｅ ｂ ｒ ｔｒ ｏ ｅ ｉｉｎ ａ ｄ Ｎｏ —ｒ ｄｉｉｎ ｌＭａ ｈ ｎ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｆ ｔ ｅＭｉ ｉｔｙ ｏ ｆＥｄｕ ａ ｉｎ，Ｄａ ｉ ｎＵｎ ｖ ｒ ｉ ｆ ｃ ｎ ｌ ｇ ｃ ｔｏ ｌａ ｉ ｅ ｓｔ ｏ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ，Ｄａ ｉ ｎ １ ６ ２ ， ｉａ） ｙ ｌａ １ ０ ４ Ｃｈ ｎ
射流伺服阀用超磁致伸缩执行器磁场建模与分析
（ ． 京 航 空航 天大 学 江 苏 省精 密 与微 细 制 造 技术 重 点 实 验 室 ，江苏 南京 ２０ １ ； ． １南 １０ ６ ２ 西安 飞 行 自动 控制 研 究 所 ， 西 西 安 ７０ ６ ） 陕 １０ ５
摘要 ： 出了射流伺服 阀用 超磁致 伸 缩执 行 器 结构 ， 用磁 场 有 限元 法分 析 了超 磁 致伸 缩执 提 采 行 器结构 参数 对超磁 致伸 缩棒 内磁 场分 布 的影响机理 ， 出了超 磁致伸 缩执行 器结 构设计 的原则 。 给 推导 出考 虑超磁 致伸 缩棒 内磁 场分 布不 均匀 时驱 动磁场 与执行 器输 出位 移 的关 系方 程 式 ， 通过 并 仿 真 与实验 研 究揭示 了超磁致 伸缩棒 内磁 场分 布不均 匀性对 超磁 致伸缩 执行器 位移输 出的影响规 律， 最后 求 出所设 计超 磁致伸 缩执行 器漏磁 系数 约为 １４ ．． 关键词 ：电子技 术 ；超磁致 伸缩执 行器 ； 场有 限元分 析 ； 场不 均匀度 ；漏磁 系数 磁 磁
ｔ ｅ ｇ ｉ ｔｍ ａ ｎ ｔｓｒｃｉ ｅｒ ｄ，ａｔｒｇ ｔ ｎ ｈ ｅａｉ ｎ ｈｐ ｂ ｔ ｅ ｒｖｎ ｇ ｅ ｉ ｅｄ ｎ ｈｅｏ ｔ ｕ ｈ ａｎ ｇ ｅ ｏ ｔｉｔ ｏ Ｖ ｆｅ ｅ ｔ ｇ ｔ ｅｒ ｌｔｏ ｓ ｉ ｅｗｅ ｎ ｄ ｉｉ ｇ ｍａ ｎ ｔ ｆ ｌ ｓａ ｄ ｔ ｕ ｐ ｔ ｉ ｃｉ ｄ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ｔｉ ａｎ ｇ ｅｏ ｔｉｔＶ ｏ ｉｐ ａ ｅ ｎ ｎ ｇ ｉｔｍａ ｎ ｔｓｒｃｉｅ ｒ ｄ，ｔ ｅｅ ｏ ｅ ｅ ｕｓｄ ｇ ｅ ｆｔ ｇ ｅ ｉ ｅ ｄ ｄ ｓｒｂ ｔｏ ｈｅ ｈ ｔ ｒｇ ｎ ｏ ｅ ｒ ｅ ｏ ｈｅ ｍａ ｎ ｔ ｆ ｌ ｉｔｉｕ ｉ ｎ’Ｓ ｃｉ
国内外超磁致伸缩材料及作动器的
科技信息1.超磁致伸缩材料的特点与应用1.1超磁致伸缩材料的特点磁致伸缩材料主要有三大类：磁致伸缩的金属与合金、铁氧体磁致伸缩材料和稀土金属间化合物磁致伸缩材料。
前两种称为传统磁致伸缩材料，其磁致伸缩应变过小，没有推广应用价值。
而稀土金属间化合物磁致伸缩材料也称为稀土超磁致伸缩材料。
与其他智能材料相比，稀土超磁致伸缩材料具有以下特点：应力负载大（可达700MPa）、能量转换率高（机电耦合系数可达0.75）、温度适应范围宽（小于200℃）、响应快（微秒级）、驱动电压低（小于30V）等。
另外具有频率特性好，工作频带宽；稳定性好，无疲劳，无过热失效等优点。
因此有专家认为，稀土超磁致伸缩材料可广泛应用到机械、电子、航天、农业等其他领域,是21世纪的战略材料。
1.2超磁致伸缩材料的应用分析迄今已有1000多种超磁致伸缩材料器件问世，应用面涉及航空航天、国防军工、电子、机械、石油、纺织、农业等诸多领域，大大促进了相关产业的技术进步。
超磁致伸缩材料在声频和超声技术方面也有广阔的应用前景，国外已用超磁致伸缩材料来制造出超大功率的超声波换能器。
日本已用稀土超磁致伸缩材料来制造海洋声学断层分析系统和海洋气候声学温度测量系统的水声发射换能器，可用于测量海水温度和海流的分布图。
德国材料研究所已将超磁致伸缩薄膜材料应用于微型泵的研究之中。
随科技发展的日新月异，超磁致伸缩材料的重要性必将越来越突出，应用也将更广泛。
预计未来超磁致伸缩材料的应用领域包括航空航天、超精密机械加工、海洋工程、汽车制造、石油产业等。
1.3超磁致伸缩材料在我国的研究与应用在国内，北京钢铁研究总院于1991年率先制备出GMM棒材，此后又开展了低频水声换能器、光纤电流检测、大功率超声焊接换能器等的研究。
北京科技大学采用具有自主知识产权的一步法工艺和设备生产稀土超磁致伸缩材料,减少了过程污染,杂质和氧含量低,合金成分控制准确,提高了材料的性能和产品的一致性；同时易于实现自动化控制,生产效率比传统工艺提高了100-150倍,成本大大降低。
超磁致伸缩材料产生伸缩的响应速度和时间_概述说明
超磁致伸缩材料产生伸缩的响应速度和时间概述说明1. 引言1.1 概述本文旨在探讨超磁致伸缩材料产生伸缩的响应速度和时间相关因素，并介绍测量和评价这些参数的方法。
超磁致伸缩材料是一类具有特殊性能的功能材料，其在外加磁场或电压的作用下，能够发生显著的尺寸变化。
这种材料具有广泛的工业应用潜力，例如汽车制造、航空航天领域以及精密仪器等。
因此，了解并优化超磁致伸缩材料的产生伸缩响应速度和时间非常重要。
1.2 文章结构本文共分为五个部分。
首先是引言部分，对本文进行概述，并介绍文章结构。
接下来，将详细介绍超磁致伸缩材料的基本原理，包括其定义与特点、外加磁场对其影响以及工业应用领域。
然后，我们将探讨影响超磁致伸缩材料产生伸缩响应速度和时间的相关因素，包括温度、外加电压以及材料性能等。
随后，我们将介绍实验室测量方法和工业界常用的评价方法，并讨论可能存在的误差和改进措施。
最后，在结论部分对全文进行总结，并展望未来的研究方向。
1.3 目的本文的目的是系统地探讨超磁致伸缩材料产生伸缩响应速度和时间相关因素，并介绍测量和评价这些参数的方法。
通过深入了解这些影响因素，可以为优化超磁致伸缩材料在各个领域的应用提供理论指导和技术支持。
同时，本文也旨在为今后相关领域的研究者提供一个参考，并促进该领域更多深入研究的开展。
2. 超磁致伸缩材料的基本原理2.1 超磁致伸缩材料的定义与特点超磁致伸缩材料是一类可以在外加磁场作用下发生形变的特殊材料。
它们具有磁致伸缩效应，即在外加磁场的作用下，这些材料会产生显著的线性或非线性的尺寸变化。
与传统材料相比，超磁致伸缩材料具有许多优势，如较高的灵敏度、自感和高强度。
2.2 磁场对超磁致伸缩材料的影响超磁致伸缩材料中存在着特定晶体结构或微观结构，当这些结构受到外界磁场的影响时，就会导致整个材料内部电子自旋方向发生改变。
这种改变进而引起了晶格参数和长度发生变化，从而使得整个材料产生了可观察到的尺寸变化。
超磁致伸缩执行器应力耦合磁化模型及求逆算法
化 过程 用平 均磁 化 强度 作 为磁 滞 算 子 ， 矫 顽 场 和 交 将 互 场 的分布 密 度 函数 作 为 磁 滞 算 子 的 密度 分 布 函 数 ， 建立 了均 质 能 量 场 模 型 ［ ］ ６ 。文 中 引 用 Ｄ． ． ｉ ｓ提 Ｃ Ｊｅ ｌ 出的磁机耦 合 磁 化 模 型 求 取 平 均 磁 化 强 度 ， 求 取 得 将 平均 磁化 强度 作 为 均 质 能 量 场 模 型 中的磁 滞 算 子 ， 同 时将应 力 影 响引入 均 质 能量 场模 型 中的矫 顽场 密度 和 交互 场 密度 ， 立超 磁 致 伸 缩 执行 器 的应 力 耦合 磁 化 建 模 型。 在 被控 执行 器 之前 加 入前 馈 逆 补 偿 滤 波器 ， 执 对
应 ［ ］ 提 出 了铁 磁 磁机 理 论 ， 出 了合 理 的 磁 机 耦 合 ４ ， 给
度 及密 度分 布 函数来 量 化ห้องสมุดไป่ตู้ 同应 力 和磁 场驱 动下 的磁
化 强度 。在 ２ ２节 中将 阐 述引入 应 力对 平均 磁 化强 度 ．
磁 化模 型 ， 能量 角 度 建 立 了铁 磁 磁 机 效 应 的微 分 方 从
超 磁致 伸 缩执 行 器 能 提 供 宽 频 率 响 应 、 反应 速 快
Ｒ Ｃ Ｓ ｔ 用 ｐ ｅ ａｈ模 型［ 的 数 学描 述 ， ． ． ｍｉ ｈ借 ｒｉ ｃ ｓ ５ 将
度 和高 密度 能量 以及 大 的 磁致 伸 缩 系数 ， 合 应 用 于 适 精 密及 超精 密 荷 载 、 载定 位装 置 及 进 给 装 置 。但 由 重 于超磁 致伸 缩 执 行 器 的 主 动 应 变 部 件 Ｔｅｆｎ ｌ 棒 ｒｅｏ— Ｄ 自身 的 铁 磁 性 ， 化 过 程 具 有 磁 滞 和 非 线 性 的 特 磁 性 ｎ ， 作状 态下 会受 外力 的影 响 产 生 磁 机 效应 ， ］工 从
超磁致伸缩材料及其应用
超磁致伸缩材料及其应用13新能源(01)班张梦煌1305201026超磁致伸缩材料(GMM)是一种在室温和低磁场条件下，就能产生很大磁致伸缩应变的新型功能材料，具有输出力大、能量密度高、机电耦合系数大、响应速度快、输出应变大等优点，在智能系统中具有广泛的应用前景，其力学响应行为涉及变形场、磁场、涡流场、温度场相互耦合问题，直接关系到智能系统的性能指标和可靠运行。
LI前人们已经设计并制造出各种智能结构和器件，如：主动减振装置、高精度线性马达、超磁致伸缩微泵、微阀门、微定位装置等等，使得磁致伸缩材料在众多的功能材料中备受瞩口。
超磁致伸缩材料Terfenol-D与压电陶瓷材料相比具有更优越的性能。
超磁致伸缩材料(giant magnetostr ietive material ,简写为GMM)是A. E. Clark 等人于70年代发现的，是一种新型的功能材料，它能有效地实现电能与机械能的相互转换。
山于具有应变值大、电能一机械能转换效率高、能量传输密度大、高响应速度等特点，该材料已引起广泛的注意，并逐步开始应用于声纳、超声器件、微位移控制、机器人、流体器件中。
表1.1给出了电磁场，变形场和温度场之间能量转换的不同效应。
形状记忆合金和压电陶瓷都已在航空航天结构中被用于控制和制动。
形状记忆合金非常适合用在高冲程量、低带宽的领域中，例如旋翼叶片的飞行追踪。
而压电陶瓷适用于低冲程量、高带宽的悄形，例如被安置在直升飞机的后缘襟翼上以降低较高的谐波振动。
磁致伸缩材料可以提供机械能和磁能之间的转化，其带宽在30KHz左右，低于电致伸缩材料和压电陶瓷，但高于形状记忆合金。
在过去的儿年中，能产生大于0. 001应变的磁致仲缩材料受到广泛的关注，这主要是因为这种材料非常适合应用在一些需要较大驱动力和较小位移的领域，如可变形表面，主动振动控制和精确制造等等，在商业应用中也可以产生巨大的经济效益。
磁致伸缩器件山于其独特的功能优势在许多危险工作条件和高温环境下性能出众，并且能够在低频磁场下调节应力和位移。
圆筒状超磁致伸缩致动器磁场研究与仿真
圆筒状超磁致伸缩致动器磁场研究与仿真范文涛;林明星;鞠晓君;王庆东【摘要】为设计圆筒状超磁致伸缩致动器(GMA),采用基于磁路的方法对圆筒状超磁致伸缩材料(GMM)内的磁场强度进行计算,基于Maxwell软件建立了圆筒状GMA的3D模型并对磁路结构中各部件尺寸及GMA筒内构件的磁导率对磁场的影响进行了仿真研究.结果表明:在闭合的磁路结构中,对于给定的线圈匝数和激励电流,GMM筒中磁场强度大小受GMM筒轴向长度影响较大且为负相关.磁场均匀性方面,影响较大的是穿过圆筒状GMA构件的磁导率和导磁环轴向长度,二者均与磁场不均匀度正相关.%In order to design a cylindrical giant magnetostrictive actor (GMA), the magnetic field intensity in the cylindrical GMM is calculated using magnetic circuit method.The 3D model of the cylindrical GMA is established by Maxwell software and the influences of the size of each unit in the magnetic circuit are studied.The results show that in a closed magnetic circuit with specific coil turns and current, the length of the GMM has great negative correlation with the magnetic field intensity inside the cylindrical GMM.As for the uniformity, the biggest correlation factors, both of which are negative, are the magnetic permeability of the body through the cylindrical GMA and the length of the magnetic conducting ring.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2017(048)005【总页数】7页(P5054-5060)【关键词】圆筒状超磁致伸缩致动器;磁路设计;磁场;仿真【作者】范文涛;林明星;鞠晓君;王庆东【作者单位】山东大学机械工程学院,济南 250061;山东大学机械工程学院,济南250061;山东大学机械工程学院,济南 250061;山东大学机械工程学院,济南250061【正文语种】中文【中图分类】TP202超磁致伸缩材料(GMM)是近来发展迅速的新型功能材料，拥有比同类材料更加突出的优点，如能量密度高、响应速度快、应变系数大、居里温度高、输出力大等，在机械领域取得了广泛应用[1]。
超磁致伸缩执行器驱动的新型射流伺服阀
ｑ ｅ ｃ ｎ ｒａ ｌｗｉｇ ｓｒ ｏ ｖ ｌｅ ｉ ｅｏ ｐ ｃ ｎ ｕ ｔｙ ａ ｎ ｖ ｌｓｒ ｃｕｅｊｔｐｐ ｅｖ ａｖ ｒｖ ｎ ｂ ｉｎ ｕ ｎ ｙａ ｄ ｇ ｅ ｔｆｏ ｎ ｅｖ ａｖ ｎ ａ ｒ ｓ ａ ｅ ｉｄ ｓｒ ， ｏ ｅ ｔｕ ｔ ｒ ｅ ｉｅｓ ｒｏ ｖ ｌｅ ｄ ｉｅ ｙ ｇａ ｔ
第３ 卷第 ４ ２ 期
２ ０年 ８月 ０１
压
电
与
声
光
Ｖ０ ． ２ ＮＯ． １３ ４ Ａｕｇ ＣＳ ＆ ＡＣ（ ＵＳ ） Ｔ０ＯＰ ＣＳ ＴＩ
文 章 编 号 ：０ ４ ２ ７ （ ０ ０ ０ — ５ ４０ １ ０ — ４ ４ ２ １ ） ４０ ７ — ４
（ ｉｎ ｓ ｙ Ｌ ｂ ｏ ｅ ｉｉｎａ ｄ Ｍ ｉｒ — ａ ｆ ｃｕ ｉｇ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ， ｎ ｉｇＵ ｎｖ ｒｉｙ ｏ ｒ ｎ ｕ ｉｓａ ｄ Ａｓｒ ｎ ｕｉｓ Ｊａ ｇ ｕ Ｋｅ ａ ． ｆＰｒｃｓｏ ｎ ｃｏ Ｍ ｎｕａ ｔ ｒｎ ｃ ｎ ｌｇ Ｎａ ｊｎ ｉｅ ｓｔ ｆＡｅｏ ａ ｔｃ ｎ ｔｏ ａ ｔ ， ｃ Ｎａ ｊｎ ０ １ Ｃｈｎ ） ｎｉｇ ２１ ０ ６． ｉａ Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈｉ ａ ｒｄ ａ ｓｗｉｈ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｇｉｎｔｍ ａ ｅ ｏｓ ｒｖｅｍ ａ ｅ ｉ ｎ ｔ ｐ ｉａｔｏ ｌｃ ｒ ｓｒ ｃ ： ｓ ｐ ｐｅ ｅ ｌ ｔ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ａ ｇｎ ｔ ｔ ｉ ｔ ｒａｌ ｈｅａ ｐｌｃ ｉｎ ｏｆｅ ｅ ｔｏｈｙ ａ — ｉ ｄｒ ｕ ｌｃｃ ｎｔｏｌｅｅ ｅ ． ｓ ｄ ｏｎ ｔ ｈ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｏ ｉ ｎ ｍ ａ ｎｅ ｏ ｔｉｔｖ ｍａｔｒａ ｎｄ ｔ ｇｅ ｔ ｎｅ ｄ ｏｆｈｉ ｒ — ｉ ｏ ｒ ｌｍ ｎｔ Ｂａ ｅ ｈｅ ｃ ａｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆ ｇ ａ ｔ ｇ ｔ ｓ ｒｃ ｉｅ ｅ ｉｌａ ｈｅ ｕｒ ｎ ｅ ｇｈ ｆｅ
超磁致伸缩执行器及其在流体控制元件中的应用(1).
超磁致伸缩执行器及其在流体控制元件中的应用(1)：超磁致伸缩材料是一种新型的功能材料，在查阅大量文献的基础上，介绍了超磁致伸缩执行器的原理和分类及其在流体控制元件中的应用研究现状，并对超磁致伸缩执行器在流体机械中的应用前景进行了展望。
关键词:超磁致伸缩执行器流体控制元件0.引言液压伺服系统的性能主取决于组成该系统的阀、泵和液压马达等流体控制元件的性能。
因此提高流体控制元件的性能一直是人们努力的目标。
传统的流体控制元件主采用电动机、电磁铁作为驱动元件。
近年来，随着一些新型功能材料的出现，使大幅度提高流体控制元件的性能成为可能。
超磁致伸缩材料就是一种新型的电（磁）─机械能转换材料，具有在室温下应变量λ大，能量密度高，响应速度快等特性，国外以将它应用于伺服阀、比例阀和微型泵等流体控制元件中，并取得了一些进展。
本文就这方面情况做些介绍。
1.超磁致伸缩执行器1.1超磁致伸缩材料[1][2]超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material）有别于传统的磁致伸缩材料（Fe、Co、Ni等），是指美国水面武器中心的Clark博士于70年代初首先发现的在室温和低磁场下有很大的磁致伸缩系数的三元稀土铁化合物，典型材料为Tbx Dy1-xFe2-y。
式中x表示Tb/Dy之比，y代表R/Fe之比，x一般为0.27～0.35，y为0.1～0.05。
这种三元稀土合金材料已实现商品化生产，典型商品牌号为Terfenol-D(美国的Edge Technologies公司)或Magmek86(瑞典的Feredyn AB公司)，代表成分为Tb0.27Dy0.73Fe1.93。
与压电材料（PZT）及传统的磁致伸缩材料Ni、Co等相比，超磁致伸缩材料具有独特的性能：在室温下的应变值很大（1500～2000ppm），是镍的40～50倍，是压电陶瓷的5～8倍；能量密度高（14000～25000J/m），是镍的400～500倍，是压电陶瓷的10～14倍；机电耦合系数大；响应速度快（达到μs 级）；输出力大，可达220～880N。
超磁致伸缩执行器温控系统设计
（ｎｔｕｅｏ ｄ ｍ ａ ｕａｔｒｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｚ ｅ ａ ｇＵ ｉｅｓｙ Ｈ ｎ ｚｏ ０ ７ Ｃ ｉａ Ｉｓｔｔ ｆ ｉ Ｍｏｅ Ｍ ｎ ｆｃ ａ Ｅ ｇｎｅ ｎ ， ｈｊ ｎ ｎｖｒｉ ， ａ ｇｈｕ３ ０ ２ ， ｈｎ ） ｕ ｉ ｉ ｔ １ Ａｂｔａ ｔ Ｇｉ ｔ ｇ ｅ ｓ ｉ ｉｅａｔａｏ ＧＭ ， ａｉｇｔｅａ ｖｎａｅ ｆｌ ｇｔ ｖ ｌ ａ ｇ，ｏ ｏｔｇ ｓｒｃ ： ａ ｎｔ ｔｃ ｖ ｃｕｔｒ（ Ａ） ｈ ｖ ｈ ｄ ａｔｇｓｏ ｎ ｒ ｅ ｒ ｅ ｌ ｖ ｌ ｅ ｎ ｍａ ｏ ｒ ｔ ｎ ｏ ａ ｎ ｗ ａ
水冷 温控 法 ， 温 度 控 制 模 型复 杂 。 本 文 分 析 了执 行 但
器 内部热 变形 问题 ， 提 出 了采 用 半 导 体 制冷 温 控 抑 并 制 系统温 升 的方法 。
Ｇ ＭＭ） 是指 能在 常温 下 产 生 显著 磁 致 伸 缩效 应 的一 类 金属 化 合 物 。基 于超 磁 致 伸 缩 材 料 的微 位 移 执 行 器
Ｔ ｅ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｎ ｒ ｌＳ ｓｅ ｉ ａ ｔＭ ａ ｎ ｔ ｓ ｒｃ ｉ ｅ Ａｃ ｕ ｔ ｒ ｈ ｓｇ ｆＴｅ ｅ ａ ｕ ｅ Ｃｏ ｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｎ Ｇｉ ｎ ｇ ｅ ｏ ｔ ｉ ｔ ｔ ａ ｏ ｖ
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超磁致伸缩执行器串级温度控制策略研究
略 的 实施 方案 。采 用遗传 算法 对 串级 ＰＤ控制 器进 行 ＰＤ参数优 化 整定 。仿 真 结果 表 明 ， 传 算法 Ｉ Ｉ 遗
优化得 到 的 Ｇ ＭＭ 温 度阶跃 响应 曲线 的调 节 时间和超 调量 指标 均优 于单 纯形 法优 化后 的 响应 曲 线指 标 。而在 Ｇ ＭＡ 温 控 平 台上 的 试 验 结 果 表 明 ， 串级 ＰＤ 控 制 获 得 的 Ｇ Ｉ ＭＭ 温度 阶 跃 响 应 调 节 时 间 ５３２ ， １ ． ｓ 超调 量 ２ ７ ％ ， ． ５ 温控 精度 可达 ± ． ℃ ， 制效 果远远 优 于单环控 制 。 ０１ 控
ｍｏｄ ｔｏ ｉ ｅ ａ ｄ ｏ ｅ ｓ ｏ ｔ ｉ ｄｉ ｅ ａ ｎ ｄ ｙ ｇ ｎ ｔ ｌ ｏ ｉｈ ａｉ ｎ ｔ ｍ ｎ ｖ ｒ ｈ ｏ ｎ ｃ ｓ ｇ ｉ ｅ ｂ ｅ ｅ ｉ ａ ｇ ｒｔ ｍ ｓ ｂｅ ｔ ｒ ｔ ａ ｈｏ ｅ ａ ｎ ｄ ｂ ｉ ｃ ｉ ｔｅ ｈ ｎ ｔ ｓ ｇ ｉ ｅ ｙ ｓ ｍｐｌ ｅ
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磁吸式执行器名词解释
磁吸式执行器名词解释
磁吸式执行器是一种利用磁力原理实现运动的装置。
它通常由一个磁铁和一个磁性材料构成，通过磁力的作用使执行器产生位移或力。
磁吸式执行器可以用于各种应用领域，包括机械工程、自动化控制系统和医疗设备等。
磁吸式执行器的工作原理是通过调整磁铁和磁性材料之间的磁力来实现运动。
在磁铁和磁性材料之间施加电流，会产生磁场，磁场会将两者吸引在一起。
当施加电流时，磁铁和磁性材料之间的磁力会增大，从而产生位移或力。
当断开电流时，磁力会消失，磁铁和磁性材料会分离。
磁吸式执行器的优点之一是其无接触的特性。
由于磁力是通过磁场传递的，磁铁和磁性材料之间没有物理接触，因此可以减少磨损和摩擦。
这使得磁吸式执行器具有较长的寿命和较低的维护成本。
另一个优点是磁吸式执行器的精确性和灵活性。
通过调整电流的大小和方向，可以精确地控制磁力的大小和方向，从而实现精确的位移和力。
此外，由于磁力是通过磁场传递的，可以在不同的方向上施加力，使得磁吸式执行器适用于多种应用场景。
磁吸式执行器还具有快速响应的特点。
由于磁力是通过电流控制
的，可以实现快速的开关和调节，使得磁吸式执行器能够适应快速变化的工作条件。
总之，磁吸式执行器是一种利用磁力原理实现运动的装置，具有无接触、精确、灵活和快速响应等特点，广泛应用于各个领域。
随着科技的发展和创新，磁吸式执行器的性能和应用领域也将不断拓展。
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超磁致伸缩执行器
.1 超磁致伸缩材料的介绍
1.1 微机械的发展现状
随着科学技术研究向微小领域的深入，诞生了微W纳米科学与技术（Micro/Nano Science and Technology），以形状尺寸微小或操作尺度极小为特征的微机械已成为人们在微观领域认识和改造自然的一种高新技术。
微机械是基于广泛的现代科学技术，并作为整个微/纳米科学技术的重要组成部分的一项崭新研究课题。
其必须具备的基本要求是：
⑴体积小，精度高，重量轻；
⑵性能稳定，可靠性高；
⑶能耗低，灵敏度和工作效率高；
⑷多功能和智能化；
⑸适于大批量生产，制造成本低廉。
微机械发展很快，近几年，已成功开发出微驱动器、微传感器、微控制器等，并由这些不同的微机械器件集成许多具有精巧功能的集成机构IM（Integrated Mechansim）。
相对完备的微电子机械系统MEMS逐渐形成，整个系统的尺寸可以缩小到几毫米甚至几百微米。
如美国贝尔实验室开发出直径为400μm的齿轮，加州大学伯克利分校试制出直径为60μm的静电电机，直径为50μm的旋转关节，以及齿轮驱动的滑块和灵敏弹簧，美国斯坦福大学研制出直径20μm，长度150μm 的铰链连杆机构，210μm×100μm的滑块机构，转子直径200μm的静电电机和流量为20ml/min的液体泵，日本东京大学工业研究院研制成1cm3大小的爬坡微型机械装置。
我国许多高校和研究所也取得不少进展。
如上海冶金研究所研制出直径为400μm的多晶硅齿轮、气动涡轮和微静电电机等。
这些微型机械不少已有具体的应用。
MEMS的研究和开发正得到世界各发达国家的广泛重视，尤其是集微机械、微电子等综合技术为一体的微机器人，由于其在工业、生物医学、军事和科研等领域的广泛应用前景而倍受青睐，随着智能
材料与结构研究日益深入，将智能材料用于微机械、微机器人实现其结构的微型化、智能化以及功能的集成化，已经成为微机器及微机器人研究的一个主要发展趋势。
.1.2 微机械用智能材料结构
⑴智能材料结构特点
将具有仿生命功能的材料融合于基体材料中，使制成的构件具有人们期望的智能功能，如具有识别、分析、处理及控制等多种功能，并能进行数据的传输和多种参数的检测，而且还能够动作，具有改变结构的应力分布、强度、刚度、形状等多种功能，从而使结构材料本身具有自诊断、自适应、自学习等能力，这种结构称为智能材料结构。
可见，智能材料结构和制造是不可分割的，它不同于传统的结构材料和功能材料，其模糊了结构与功能的明显界限，趋向于结构功能化和功能多样化。
应用智能材料结构，有利于使传感器、执行器和电子控制电路等融为一体，以满足微机械体积小、精度高、重量轻及实现微机械的多功能化和智能化的集成。
目前智能材料结构引起了人们的广泛关注，为微机械的研究开辟了新途径。
⑵微机械用智能材料结构常用作微机械材料的智能材料有硅材料、形状记忆合金、电致伸缩材料、电（磁）流变材料、导电聚合物、储氢材料等。
本文的超磁致伸缩执行器就是利用超磁致伸缩材料的特性所设计。
1.3 超磁致伸缩材料
稀土超磁致伸缩材料(giant magnentostrictive material,简写为GMM)为稀土元素铽Tb(Terbium)、镝Dy(Dysprosium)和铁(Fe)的合金化合物，是指在室温和低磁场下能产生很大的磁致伸缩应变的三元稀土铁系化合物，其典型材料为
Terfenol-D，代表成份为Tb
0.27Dy
0.73
Fe
1.95。
铁磁和亚铁磁材料在磁场中磁化状态改变时，会引起尺寸或体积的微小变化，这种现象称为磁致伸缩，也称焦耳效应。
接着维拉里(E．Viiiari)发现了磁致伸缩逆效应，铁磁体在发生变形或受到应力作用时会引起材料磁场发生变化的现象。
一般铁磁体的磁致伸缩变形相当小，约为10-6量级，与热膨胀系数差不多，因此虽然早在19世纪人类就发现了磁致伸缩现象，但并未引起广泛的应用。
在20世纪60年代，人们发现稀土金属铽(Tb)和镝(Dy)在低温下(低于-200℃)
具有较普通磁致伸缩材料大数千倍的磁致伸缩应变，但该性能只能在极低温度下获得，无法得到很好的应用此后人们开始探索在常温也具有大磁致伸缩应变的稀土合金材料，在1973年，A．E．Clark等人开发出常温下具有大磁致伸缩且各向异性最低的三元稀土合金TbDyFe，这就是GMM的基础。
自70年代中期以来，GMM 研究的重点在材料的制备工艺以及各材料成分对其性能的影响，以尽早实现商品化生产。
至90年代前后，一些国家实现了商品化的GMM生产，如荚国公司的Tcrfcn01．D，瑞典FcrcdynAB公司的Magmek86，随后日本、俄罗斯、英国和澳大利亚等也相继研究开发出TbDyFe2型GMM。
我国于90年代前后开始研究TbDyFe晶体磁致伸缩材料，目前已有多家单位生产GMM，如包头稀土研究院、北京有色金属研究院、中科院物理所等，一些民营企业也开始从事GMM的生产，如甘肃天星稀土功能材料有限公司、浙江椒光稀土材料有限公司等。
⑴稀土材料的优点：
稀土超磁致伸缩材料具有许多非稀土材料所不具备的基本物理特性。
与传统超磁致伸缩材料相比，稀土材料有以下优点:
①磁致伸缩系数高。
在一定的磁场作用下，稀土超磁致伸缩材料的长度发生变化。
在室温下其磁致伸缩系数比传统材料高数百倍。
目前制备的稀土超磁致伸缩材料的最佳值可达2500x10-6，巨大的磁致伸缩系数使其在实际中应用成为可能。
这也是稀土超磁致伸缩材料得到迅速发展的主要原因。
②磁机耦合系数(K)高。
比压电陶瓷(PZT)高6～30倍，这使其称为实现电-磁-机械能量转换的优异的功能材料。
③输出应力大。
在外加预应力时，在低磁场下材料的磁致伸缩随磁场产生“跳跃”式增加，其磁化率也随之变化，这一效应对于实际应用具有重要意义。
因为产生巨大磁致伸缩应变所需的磁场很容易达到，可以使器件的结构简单紧凑，输出功率比PZT材料高数十倍。
可用来制作大功率超声激振源，用于工程地质勘探和超声加工及声纳系统。
④机械响应速度快，达10一6s级，且可电控。
可用于直线马达的快速行进，利用这一特性，既可以用作机械功率源如声发射源，也可以用作力传感器如声接收器。
⑤磁致伸缩变形的线性范围大。
这有利于磁致伸缩量的准确控制，可用于精密磨床给进和阀门控制,精度可达纳米级。
⑥频率特性好、频带宽，可以在低频几十赫兹下工作，从而可应用于制作水声换能器。
也可用于高频环境，如超声加工，超声诊断等。
⑦居里温度高，可适用于高温环境。
⑧具有Villari效应，即逆磁致伸缩现象。
在一定的磁场中，稀土超磁致伸缩材料受力后其磁化强度发生变化，利用这种现象可以制作压力传感器。
稀土超磁致伸缩材料也存在若干缺点，如由于其电阻率低，会产生涡流损耗导致高频特性差；抗拉强度低，不能承受较大的拉力;材质硬但较脆易碎，机械加工困难;制造卜艺复杂，成本较高。
这些缺点在一定程度上制约了该材料的推广应用。
针对这些问题目前己提出了一些解决方法并付诸实施，如为了控制线圈发热导致磁致伸缩棒膨胀而影响纳米、埃米级超精密定位精度，研制了用在棒与螺线管之间的恒温水冷却管，使强制水冷却控温精度达士0.01℃，系统位移效率高于90%.对于涡流效应，可采用多层绝缘薄片粘结成棒形，减小涡损，料器件的性能优势：
①能量转换能力(位移、力、功率、效率)
稀土超磁致伸缩材料的应变和功率高于其他材料。
静场应变饱和值达到1500x10一6～2000xl0一6，在线性范围内也达l000x10一6，此值为Ni的30倍、压电陶瓷的3～5倍，在共振频率下，动态应变比静态应变还要高数倍，稀土超磁致伸缩材料承受能力大于、等于20MPa，而压电陶瓷的上限仅4MPa，与此相应，这样材料的能量密度达14kJ/m3～25kJ/m3，是压电陶瓷的10～25倍，此外，这种材料的K=0.7～0.8，明显高于压电陶瓷和其他材料，且由于换能器磨机电耦合系数
33
损小，所以这种超磁致伸缩材料换能器的能量转换效率也高于传统换能器。
②控性(高速响应和精确定位)
稀土超磁致伸缩材料响应速度极高，性能重复性好，换能器结构简单，消除了常规系统中摩擦、空程、粘附引起的偏差和滞后，所以这种材料的换能器定位精度一般为0.lum，最佳可达纳米级，响应仅取决于驱动线圈的励磁时间，一般小于lms，最快可以达10μm。
③可靠性(性能稳定，不易发生故障)
压电陶瓷在制造时就加有恒定偏磁场，时效使偏磁场产生一个特久的退化，称为退极化。
即压电陶瓷的预极化在室温自然退极化，温度升高加速其退极化，而且居里温度(Tc)较低；稀土超磁致伸缩材料不发生疲劳退化，偏磁场不随时间和温度改变，Tc较高，工作温度较宽，压电陶瓷对工作频率要求较严，而频率波动对磁致伸缩性能的影响小。
一些压电换能器的工作电压很高(数千伏)，易出现电击穿问题，而稀土超磁致伸缩材料换能器在较低电压(12v～1O0v)下工作，换能器可动件少，磨损小，这也使可靠性提高。
④运转能力(最高速度、最大行程)
普通小型驱动器的速度较低和行程较小，但Terfenol-D线性马达可获得lm/s 的极限速度和无限的行程。
⑤有利于简化换能器结构的其他优点
频率响应范围宽/有智能响应/功率供应简单。